YÜZEY AKTİF MADDELER

Suda veya sulu bir çözeltide çözündüğünde yüzey gerilimini etkileyen (çoğunlukla azaltan) kimyasal bileşik. Yüzey aktif maddeler aynı zamanda iki sıvı arasındaki yüzeylerarası gerilimi de etkiler.

Yüzey aktif maddenin ingilizce karşılığı olan surface active agent sözcüklerinin harflerinden oluşan bir kısaltma olan surfactant (surfaktan) kelimesi de yüzey aktif madde yerine kullanılır.

Yüzey Aktif Maddeler bir hidrofilik ve bir de hidrofobik kısım içeren moleküllerdir. Bulundukları ortamın yüzey gerilimini düşürerek emülsiyonlaşmayı kolaylaştırır ve köpük oluşumunu kontrol etmemize imkan sağlarlar.

Yüzey aktif maddelerin molekül yapısında bulunan hidrofob kısım normal olarak dallanmış hidrokarbon, diğer kısmı olan hidrofil kısım ise iyonik veya kuvvetli polar gruplardan oluşur.

Yukarıdaki şekil sembolik olarak bir yüzey aktif maddeyi göstermektedir

Yüzey aktif bir madde sulu bir çözeltiye konduğunda aşağıdaki gibi polar kısmı suda apolar kısmı dışarıda olacak şekilde yüzeye yerleşir.

Tüm yüzey aktif maddeler yüksek molekül ağırlığındaki polar moleküllerdir. Bu moleküllerin bir ucunun sudaki çözünürlüğü, diğer ucunun da yağdaki çözünürlüğü fazladır. Sudaki çözünürlük molekülün bir ucundaki karboksil Sülfat Sülfonat veya Hidroksil gruplarının hidrolizinden kaynaklanır. Yağda çözünürlük ise organik gruplara bağlı olarak ortaya çıkar.

Yüzey aktif maddeler suyun yüzey gerilimini, su yüzeyindeki hidrojen bağlarını kırarak düşürür. Bu kırılma yüzey aktif madde moleküllerinin başlarının su yüzeyine, hidrofobik kuyruklarının ise su yüzeyinin uzağına yönlenmesiyle sağlanır.

Yüzey aktif maddeler, suyun yüzey gerilimini düşürerek temizlik için gereken ıslanmayı sağlar. Kirlerin suda çözünen kısmı yüzeyden ayrılarak yıkama suyuna geçer. Oluşan boşluklarda kirler gevşer. Suda çözünmeyen kirler yumuşar, temizlenmeleri kolaylaşır.

Yüzey aktif maddeler Kirleri yapışmış oldukları yüzeylerden koparırlar. Deterjan molekülleri (miselleri) kirlerin etrafını kuşatırlar. Kirler topaklanıp küresel bir hal almaya başlayınca yüzeyle temas eden kısımları azalır. Bu yüzeylere yüzey aktif maddeler yerleşir. Ve kirlerin koparılması kolaylaştırılır. Mekanik etkinin de yardımıyla kirler daha ufak parçalara ayrılır ve yıkama suyunda tutulurlar. Böylece temizlik işlemi gerçekleşmiş olur.

Yüzey aktif maddelerin bir diğer görevi de kiri yıkama suyu içinde askıda tutarak tekrar çökelmesini önlemektir. Bu kirler su ile birlikte ortamdan uzaklaştırılır. Kirler temelde üç şekilde su içinde taşınırlar

Emülsiyon : Su ve yağ gibi birbiri içinde çözünmeyen iki sıvı birlikte çalkalandığında saydam olmayan heterojen bir karışım olur. Bu karışım kendi halinde bırakıldığında er veya geç iki tabaka halinde ayrılır, (faz ayrımı).

Yıkama suyu içinde süspansiyon (pigment türü kirler) ve emülsiyon (yağ bazlı kirler) halinde taşınan kirler kendi başlarına kararsızdır ve tekrar yüzeye çökebilirler. Bunları kararlı ve sürekli hale getirmek için kullanılan maddelere emülgatör adı verilir. Yüzey aktif maddeler aynı zamanda emülgatördürler.

C12H25C6H4_(dodesil)benzen Yüzey aktif maddelerin hidrofobik kısmı genelde 8-18 karbon içeren düz veya az dallanmış zincirdir, bazı hallerde zincirdeki bazı karbon atomlarının yerine benzen halkası geçmiştir. Örnek olarak; C12H25_(dodesil) ve C12H25C6H4_(dodesil)benzen

Y.A.M.’lerin İSİMLENDİRİLMESİ ve SINIFLANDIRILMASI İsimlendirmede IUPAC kuralları tercih edilir. Y.A.M karışımlarında ise daha çok lauril-, miristil-, palmitil- ve stearil alkol gibi ticari isimler tercih edilir. Bazen de, örneğin Hindistan cevizi yağından (coconut oil) oluşan yağ asidi karışımına koko asitleri, dendiği gibi ürünün orjinine göre isimlendirilir.

Yüzey aktif maddeler suda çözündüklerinde hidrofil uçlarının ortaya çıkarttığı iyonların niteliğine göre dört ana gruba ayrılır. Anyonik aktif maddeler Katyonik aktif maddeler Noniyonik aktif maddeler Amfoterik aktif maddeler

Anyonik aktif maddeler : Suda çözündükleri hidrofil uçları anyon, yani (-) yüklü bir iyon oluşturur. Deterjanlar genellikle anyonik aktif maddeler içermektedir. Etkileri ve sudaki çözünürlükleri sıcaklıkta artmaktadır. Bir diğer özellikleri de çok köpürmeleri ve su sertliklerinden olumsuz etkilenmeleridir.

Anyonik çözünebilir gruplar, Karboksilatlar Sulfonatlar Sulfatlar Fosfatlar

Katyonik aktif maddeler : Sudaki çözeltileri katyon yani (+) yüklü bir iyon oluştururlar. Temizlik gücü zayıf olduğundan yıkama maddelerinde kullanılmazlar. Hiçbir zaman anyon aktif maddelerle birlikte kullanılmaması gerekir. Kullandıklarında birbirlerini nötralize ederek çökerler ve özelliklerini kaybederler. Dezenfektanların ve çamaşır yumuşatıcıların üretiminde kullanılır.

Katyonik aktif maddeler Primer Sekonder Kuvarter amonyum grupları içeren maddeler

Amfoterik aktif maddeler : Yapılarında hem anyonik aktif maddelerin temizleme hem de katyonik aktif maddelerin yumuşatma özelliğini taşırlar. Temizleme güçlerinin yüksek olmasına karşın yapılarının ve üretimlerinin karışık olması daha çok kozmetik sanayinde kullanılmasına yol açmıştır.

Amfoterik aktif maddeler Anyonik ve katyonik parçacıkların kombinasyonu ile çözünebilirler..

Noniyonik aktif madde : Suda çözündüklerinde herhangi bir iyon oluşturmazlar. Pahalıdırlar. Su sertliğinden etkilenmeleri önemli özelliklerindendir. Aynı zamanda iyi bir yıkama maddesidir. Alkali ortamda temizlenmemesi gereken malzemelerin temizliğinde kullanılırlar. Anyonik aktif maddelere kıyasla daha az köpürürler. Yağlı kirlerin çıkarılmasında oldukça etkilidirler. Düşük sıcaklıklarda bile iyi performans gösterirler

Noniyonik aktif madde Hidroksil grupları ve polioksietilen zincirleri ile çözünebilen maddeler..

Fonksiyonel özellikler Y.A.M çözeltileri temizleme, köpüklendirme, ıslatma, emülsiye etme, çözme ve dağıtma gibi fonksiyonel özelliklerin karışımını göstermelidir.

Bir maddenin Y.A.M olarak değerlendirilmesi için aşağıdaki özellikleri taşıması gerekir. Çözünebilirlik Amfipatik yapı Arayüzlerdeki yönelme Arayüzde adsorpsiyon Misel teşekkülü Fonksiyonel özellikler

Çözünebilirlik Madde, Y.A.M olan bir sıvı sistemin hiç olmazsa bir fazında çözünmelidir. Bentonit toprak yüzey aktif özellik taşır, fakat çözünebilirlik özelliği yoktur.

Arayüzlerdeki yönelme Amfipatik yapı Y.A.M molekülleri birbirine zıt çözünme eğilimli gruplardan oluşur. Arayüzlerdeki yönelme Y.A.M molekülleri veya iyonları arayüz fazında yönelmiş tabakalar oluştururlar.

Arayüzde adsorpsiyon Arayüzdeki bir Y.A.M nin denge derişimi, ana çözeltideki derişimden daha büyüktür. Dolayısıyla artan derişimlerinde yüzey gerilimini beklenenden daha fazla düşürürler. Misel teşekkülü Y.A.M lerin ana çözeltideki derişimi herbir çözünen çözücü sisteminin karakteristliği olan limit değerini aştığı zaman, misel olarak adlandırılan molekül veya iyon kümeleri teşekkül eder.

Amfipatik yapı Aynı molekül veya iyonda ortaya çıkan zıtlaşmayı ifade eder. (hidrofobik-suyu sevmeyen, hidrofilik-suyu seven), (lipofobik-yağ sevmeyen, lipofilik yağ seven), (oleofobik- yağ sevmeyen, oleofilik-yağ seven), (nonpolar suda çözünmeyen, polar suda çözünen) gibi karşıt yapıların aynı maddede bulunmasından oluşur.

Çözünebilirlik

Arayüzde Oluşan Olaylar İki faz arasındaki temas yüzeyine arayüz denir. Y.A.M sistemlerinde fazların karşı karşıya gelme olabilirliği aşağıdaki şekilde sıralanmıştır.

Gaz-Sıvı Arayüzeyi Sıvı-Sıvı Arayüzeyi

G-S Arayüzünün Yüzey Enerjisi Sıvı yüzeyinin herbir biriminde serbest yüzey enerjisi denilen belli bir enerji miktarı mevcuttur. Sıvı yüzeyi genişletilmek istenirse, sıvı moleküllerini içerden sıvı yüzeyine çıkarmak için belli miktarda iş yapmak gerekir. Sıvı yüzeyini 1 cm2 genişletmek için yapılması gereken işe yüzey enerjisi denir. Yüzeyin serbest enerjisi erg/cm2 ile verilir. Saf bir sıvı mümkün olduğu ölçüde yüzeyini küçültmeye çalışır. Saf sıvının minimum yüzey yapma eğilimi, molekülerarası çekim kuvvetiyle açıklanabilir. Bir sıvı kendi molekülleri arasındaki Van der Waals tipi kuvvetlerle bir arada tutulurlar. Bu kuvvetler çok kısa aralıklı kuvvetlerdir. Bu yüzden sıvının içindeki bir molekül, net olarak herhangi bir yöne çekilmeyecektir ve molekülü çevreleyen küredeki molekül sayısı tüm yönlerde aynı olacaktır. Fakat sıvı yüzeyindeki molekül sadece içeri doğru kuvvetlerle çekilecektir.

Sıvı içinde ve yüzeyinde bulunan moleküllerin diğer moleküller tarafından çekilmesi

S-S Arayüzünün Yüzey Enerjisi

Yüzey ve Arayüz Gerilimi

Çözeltilerin Özelliklerine Göre Y.A.M lerin Etkileri

Anyonik bir Y.A.M çözeltisinin denge halindeki şematik diyagramı

G-S ve K-S Arayüzeyinde Adsorpsiyon