Download - Selbstorganisation
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Selbstorganisation
• Lebenswissenschaften nach Oparinentsteht „Leben“ durch
eine spontane Zunahme der molekularen Komplexität und Spezifität
- Selbstorganisation von DNA- Selbstorgansation von
Phospholipiden
• Kolloidwissenschaften nach Shinodaentstehen „organisierte
Lösungen“ bei einer kontrollierten Ballance zwischen lyophoben und lyophilen Substanz-Lösungsmittel Wechselwirkungen
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Organisierte Lösungen (nach Shinoda)
lyophilic interactions
regular solution
lyophilic/lyophobic interactions
organized solution
lyophobic interactions
phase separation
solute-solvent interactions
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Organized solutions (according to Shinoda):
• Low solute solubility• Swelling of solvent by solute phase• Solute in a liquid or liquid crystalline
state• High molecuar or aggregate weight of
solute species
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Tenside
• Als Tenside werden allgemein niedermolekulare Verbindungen bezeichnet , deren Moleküle einen hydrophoben und einen hydrophilen Teil enthalten.
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Ionische Tenside
Anionisch Kationisch AmphoterCarboxylgruppen Primäre Aminogruppen SulfobetaineSulfatgruppen Sekundäre Aminogruppen CarbobetaineSulfonatgruppen Tertiäre Aminogruppen PhospholipidePhosphatgruppen Quaternäre Aminogruppen
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Nichtionische Tenside
• Polyglycolether R-O-(CH2-CH2O)m –H
• Polyglycolester R-C(O) O-(CH2-CH2O)m –H
• Polyglycolamide R-C(O) NH-(CH2-CH2O)m –H
• Polypropylenglycolether R-O-(C(CH3)H-CH2O)m –H
• Polypropylenglycolester R-C(O) O-(C(CH3)H -CH2O)m –H
• Polypropylenglycolamide R-C(O) NH-(C(CH3)H -CH2O)m –H
• Polyamine R-NH-(CH2-CH2NH)m –H
• Glycoside
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Hydrophober Teil
• Längerkettige Kohlenwasserstoffe (KW) - gesättigt - ungesättigt - verzweigt - fluriert
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Eigenschaften
• Infolge ihres amphoteren Charakters sind Tenside grenzflächenaktiv. Dies kann zu verschiedenen Effekten führen:
- Senkung der Grenzflächenspannung - Benetzung - Filmbildung Mizellbildung
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Mizellbildung
• Spontane Assoziation von Tensidmolekülen oberhalb einer kritischen Tensidkonzentration
(Kritsche MizellbildungsKonzentration KMK bzw. cmc)
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Methoden zur cmc Bestimmung
• Grenzflächenspannungsmessung
• Leitfähigkeitsmessung
• Trübungsmessung
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Krafft Punkt bzw. Krafft Temperatur
• Die Temperatur, bei der die Auflösung des ungelösten Tensids durch die einsetzende Mizellbildung erfolgt
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Form der Mizellen
- kugelförmig- scheibenförmig - zylindrisch- lamellar - vesikelförmig- bikontinuierlich
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Modelle zur Beschreibung der Mizellbildung
• 2-Phasenmodell
• Assoziationsmodell
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2-Phasenmodell
• Chemische Potentiale der Tensidmoleküle in der Wasser- und der Mizellphase sind gleich
G°Miz = °(Mizelle) - °(LSM) = RT ln cmc
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Assoziationsmodell
• Die Freie Energie der Mizellbildung ( G°Miz) kann in Bezug zur
Gleichgewichtskonstante Kn
gesetzt werden
G°Miz = - RT ln Kn
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Kritischer Packungsparameter (V / A L)
• V – Volumen des hydrophoben Teils• A – Optimum der Kopfgruppenfläche• L – Kritische Länge des hydrophoben Schwanzes
nach Israelachvili
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Kritische Packungs-
dichte
Tensid-Typ Aggregatstruktur
< 0,33
0,33 – 0,5
0,5 – 1,0
1
> 1,0
einfache Tenside mit großen Kopfgruppen
einfache Tenside mit kleinen Kopfgruppen
Doppelkettige Tenside mit großen Kopfgruppen
Doppelkettige Tenside mit kleinen Kopfgruppen
Doppelkettige Tenside mit kleinen Kopfgruppen, sehr voluminöser
hydrophober Teil
kugelförmige, ellipsoide Mizellen
zylindrische oder stäbchenförmige Mizellen
Vesikel oder Doppelschichten
Planare Doppelschichten
Reverse Mizellen
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Parameter zur Beschreibung einer Mizelle
• Aggregationszahl n
• Kritische Mizellbildungskonzentration (cmc)
• Relaxationszeiten t1 ; t2
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Zunahme der Aggregationszahl
• mit zunehmender Kettenlänge• mit abnehmender Hydrophilie der Kopfgruppe• mit zunehmender Temperatur (Niotenside)• mit zunehmender Ionenstärke (ionische Tenside)• bei Zugabe von organischen Verbindungen
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cmc nimmt ab
• Carboxylat > Sulfonat > Sulfat
• Quaternäre N-Funktion > primäres Amin
• Mit abnehmender Hydrophilie der Kopfgruppe
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Abnahme der cmc mit zunehmender Kettenlänge
log10 cmc = A – B nc
A, B – Konstantennc – Zahl der C-Atome in der Kette
Empir. Gleichung nach Klevens
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Schnelle und langsame Relaxation
• Schnelle Relaxation: Austausch von Monomer
• Langsame Relaxation: Auf- und Abbau ganzer Mizellen