HİDROFOBİK ETKİLEŞİMLER MİSEL OLUŞUMU VE HİDROFOBİK ETKİLEŞİMLER SİBEL KOÇ 2004-23 KİMYA (İÖ)

SURFAKTAN Surfaktan; kelime olarak "yüzeyi saran" anlamına gelmektedir. Surfaktan maddeler, suyun yüzey gerilimini düşürürler. Bu nedenle "yüzey aktif" maddeler olarak anılırlar. Surfaktanlar hem hidrofobik hem de hidrofilik özelliklere sahip amfilik moleküllerdir.

Klasik bir surfaktan molekülü polar olmayan çözgenler ve hidrokarbon içinde çözünen uzun bir hidrokarbon kuyruk ve aynı zamanda polar çözgen içinde (örn:su) çözünen hidrofilik bir baş gruptan oluşur. Bu moleküllerden en bilindik olanı sodyum dodesil sülfat (SDS) NaOSO3C12H25 tır.   Sürfaktanlar, belli konsantrasyonlara ulaştıklarında, çeşitli şekillerde "miseller" oluştururlar.

SURFAKTAN ÇEŞİTLERİ Sürfaktanların, misel konsantrasyonuna ulaştığı noktada yapılarından bazı örnekler şekilde görülmektedir.Şekiller sırası ile; Monomerler Miseller Silindirik ya da cubuk şekilli miseller Su kabarcıkları Mikroemülsiyonlar Monomoleküler Katmanlı(tekkatmanlı) yapılar Ayrık miseller Lamel yapıları Kristalit sürfaktanlar Sekizgen yapılı silindirik misellere aittir.

MİSEL Baş grupların su içinde çözünmesi ve hidrokarbon kısımlarının su tarafından itilerek bir arada kümeleşmeleri sonucu ortaya çıkan yapıya misel adı verilir. Teknik olarak bir misel çözeltisi surfaktan moleküllerinin düzenlenmiş kolloidal bir dispersiyonudur. 1000 veya daha fazla iyonik olmayan surfaktan molekülü bir misel oluşturabilir. Fakat iyonik türlerde, baş gruplardaki elektrostatik itme nedeniyle yaklaşık 10-100 surfaktan molekülüne sahip misellerin oluşması mümkündür.

İki türlü misel oluşabilir: Normal Misel : Hidrofilik gruplar miselin dış sınırında toplanır, hidrofobik kısımlar ise miselin iç kısmını doldurur. Hidrofilik kısım Hidrofobik

Ters Misel : Hidrofilik gruplar miselin içinde hapsettikleri su çevresinde toplanır, hidrofobik kısımlar ise dışa doğru yönlenir. Su + Yüzey Aktif Madde Apolar Sıvı Hidrofilik grup Hidrofobik grup İçi su dolu Küresel Çok küçük boyutlu

KRİTİK MİSEL KONSANTRASYONU(CMC) Yeterli miktar SDS suda çözündüğünde, yüzey gerilimi (azalır) ve hidrokarbonlardaki çözünürlük (artar) gibi çözelti özelliklerinden bazıları önemli derecede değişir. Bu değişimler minimum bir SDS derişimine ulaşıncaya kadar gözlenmez. İşte bu değişimlerin gözlenmeye başladığı minimum konsantrasyona “kritik misel konsantrasyonu (CMC)” denir.

Işık saçılması ve NMR gibi deneyler CMC nin altında surfaktanların su molekülleri ile çevrilmiş birimler olduğunu, CMC nin üzerinde ise bu birimlerin miseller olarak bilinen kaba küresel formlara dönüştüğünü göstermiştir. Miseller kendisi bir araya gelmiş en basit yapılardır.

Misel populasyonu genellikle polidispers haldedir ve misellerin şekilleri derişim ile değişir. Misellerin küresel olması mümkündür ancak CMC derişiminin üzerinde gittikçe yassılaşır. CMC derişiminin çok üstünde miseller iki molekül kalınlığında “lamelli miseller” denen uzamış paralel levhalar halindedir. Tek tek moleküller, sulu çözeltilerde hidrofilik kısım dışa apolar ortamlarda ise içe bakacak şekilde bu levhalara dik olarak yerleşir. Bu tip lamelli miseller biyolojik membranlara büyük benzerlik gösterir ve bu yüzden de biyolojik yapıları incelemekte kullanışlı bir model oluşturur.

Derişik çözeltilerde yüzey aktif maddenin moleküllerinde oluşan miseller uzun silindir şeklini alıp epey sıkı bir şekilde hegzagonal diziliş ile istiflenebilir. Bu düzenli misel dizilişlerine “liyotropik mesomorf” adı verilir ve daha genel olarak sıvı kristal fazları olarak bilinir.

MONOMER

MİSELLER MONOMER LAMELLA HEXAGONAL

MİSELLERİN KULLANIM ALANLARI Çözücülük fonksiyonlarından dolayı endüstride ve biyolojide büyük öneme sahiptir. Madde hidrokarbon içinde çözündükten sonra su içinde taşınabilir. Bu sebepten dolayı misel sistemleri deterjan ve ilaç taşıyıcı olarak ve organik sentezde, köpüklü flotasyonda ve petrol geri toplamada kullanılır.

HİDROFOBİK ETKİLEŞİM Çözücü ve hidrofilik gruplar arasındaki çekme kuvveti ile çözücü ve hidrofobik gruplar arasındaki itme kuvvetlerine hidrofobik etki denilmektedir.  

Sulu sistemlerdeki misel oluşumu, genel olarak endotermik olup yüzey aktif maddenin molü başına H 1-2 kj civarıdır. CMC nin üzerinde miel oluşması, bunların oluşmasındaki entropi değişiminin pozitif olması gerektiğini göstermektedir. Yapılan ölçümler oda sıcaklığında bu değerin +140 J K-1 mol-1 olduğunu göstermektedir. Moleküllerin bir araya toplanmalarına rağmen, entropi değişiminin pozitif olması entropiye çözücüden de bir katkı olduğunu ve çözücü molekülleri çözünen moleküllerini birikip bir küme oluşturduktan sonra daha serbestçe hareket ettiğini göstermektedir.

Bu açıklama gayet mantıklıdır çünkü herbir çözünen molekülü düzenli bir çözücü kafesinde bulunur. Ancak misel bir kere oluştuğu zaman çözücü moleküllernin tek (ve tabi ki daha büyük) bir kafes oluşturmaları yeterlidir.

Hidrofobik molekül Apolar özellikte, dolayısıyla H bağları kuramayan, yani hidrofobik özellik gösteren en önemli molekül gruplarından biri de hidrokarbonlardır. Su molekülleri bu tip hidrofobik molekülleri belli bir yapısal düzenlenme içinde sararak klatherat yapısı oluşturabilir.

Yapının klatherat kafesi şeklini alması sonucu su moleküllerinin entropisi azalır, bu yüzden hidrokarbonun su içinde dağılması entropi bakımından istemsizdir. Tersine birikip damla oluşumu entropi istemlidir.

TEŞEKKÜRLER