Hva er et overflateaktivt middel?

Et overflateaktivt middel, også kalt overflateaktivt middel eller overflateaktivt middel, er et kjemisk stoff som er i stand til å redusere overflatespenningen til en væske, noe som forbedrer dens evne til å spre seg over et større overflateareal . De gjør dette ved å lage et lag med molekyler på overflaten av væsken eller i grensesnittet mellom to væsker.

På grunn av deres evne til å redusere overflatespenning, letter overflateaktive stoffer dispergeringen av en væskefase i en annen som den er ublandbar med. Som en konsekvens tillater de dannelse og stabilisering av emulsjoner mellom to væsker, og det er derfor de også kalles emulgatorer.

Struktur av overflateaktive stoffer

Overflateaktive stoffer kjennetegnes ved å være amfifile molekyler, som betyr at en del av molekylet er hydrofil (har affinitet for vann) mens den andre er hydrofob eller lipofil (har affinitet for fett).

polart hode

Den hydrofile delen av molekylet inneholder alltid en eller flere polare funksjonelle grupper konsentrert i en relativt liten del av molekylet, ofte referert til som det polare hodet.

Det polare hodet er alltid i stand til å danne en eller flere hydrogenbindinger med vann og med andre lignende polare protiske løsningsmidler.

I noen tilfeller har det polare hodet nøytrale polare funksjonelle grupper som hydroksylgrupper, karboksylsyreestere, etere eller en kombinasjon av disse. I andre har den ioniserbare grupper som karboksylater og til og med uorganiske syreestere som svovelsyre (sulfater) og fosforsyre (fosfater) som er ionisert. Noen polare hoder har også grupper med kvartære aminer (ammoniumkationer).

den hydrofobe halen

Den hydrofobe eller lipofile delen av molekylet består vanligvis av en lang hydrokarbonkjede som kan inneholde eller ikke inneholde umetninger, siden den kan inneholde aromatiske grupper og andre ikke-polare organiske funksjonelle grupper.

På grunn av det faktum at de er lange upolare karbonkjeder, kalles denne delen av molekylet ofte den upolare halen.

Hvordan overflateaktive stoffer virker

Som nevnt ovenfor virker overflateaktive midler ved å dele seg ved grensesnittet mellom en væske (vanligvis vann) og en annen fase, som kan være en ikke-polar væske som olje eller en gass som luft. Dette reduserer overflatespenningen ved grensesnittet, og letter blandingen av begge fasene og dannelsen av en emulsjon. I tilfelle fasene er vann og olje, kan emulsjonen dannes på to forskjellige måter:

• Den oljeaktige fasen er dispergert i form av dråper i en vandig matrise, i hvilket tilfelle det er en olje-i-vann-emulsjon (som forekommer for eksempel i majones).
• Den vandige fasen er dispergert i en oljematrise, i så fall har du en vann-i-olje-emulsjon (som i tilfellet med smør).

Måten overflateaktive midler letter dannelsen av en av disse to typene emulsjon på er i utgangspunktet den samme. Emulgatormolekylene er fordelt i grensesnittet mellom vann og olje, og fordeler seg på en slik måte at det hydrofile polare hodet løses opp i den vandige fasen, mens den lipofile halen er oppløst i oljen.

Hvis vann er tilstede i en større andel enn olje, vil det dannes små overflateaktivt belagte oljedråper med polhodene pekende utover.

Hvis det tvert imot er en høyere andel olje, skjer det motsatte: Små vanndråper belagt med overflateaktive molekyler dannes med de apolare halene pekende utover.

Typer overflateaktive stoffer

Surfaktanter er klassifisert i fire grupper basert på egenskapene til det polare hodet: ikke-ioniske, anioniske, kationiske og switerioniske eller amfotere overflateaktive stoffer.

Ikke-ioniske overflateaktive stoffer

De er de hvis polare hode ikke inneholder ioniserbare polare grupper, slik som hydroksylgrupper i alkoholer, estergrupper og etere.

anioniske overflateaktive stoffer

Disse inneholder syregrupper eller deres alkaliske salter som dissosieres når de oppløses i vann, og genererer et negativt ladet ion eller anion. Disse ladede gruppene er sterkt hydrofile (og derfor sterkt lipofobe), siden de kan akseptere flere hydrogenbindinger fra vann og også samhandle via ione-dipolkrefter med vann og et hvilket som helst annet polart løsningsmiddel.

Såper fremstilt ved forsåpning av fett er eksempler på disse overflateaktive stoffene.

Kationiske overflateaktive stoffer

De er det motsatte av anioniske overflateaktive stoffer. I dette tilfellet har det polare hodet en positiv ladning (dvs. det er en kation). I de fleste tilfeller er disse overflateaktive stoffene kvaternære derivater av ammoniakk og er i form av salter med et halogenid som et motion.

Et eksempel på denne typen kationisk overflateaktivt middel er DSDMAC eller disteryldimetylammoniumklorid.

Switterioniske eller amfotere overflateaktive stoffer

En switterion, også kalt et indre salt, er en kjemisk art som har like mange formelle positive og negative ladninger i sin struktur og derfor ikke har noen nettoladning. Switterioniske overflateaktive midler gir mye større polaritet enn ikke-ioniske overflateaktive midler; de gir også mange av fordelene med kationiske og anioniske overflateaktive stoffer, men uten tilsetning av et fritt motion som forblir oppløst i den vandige fasen.

Typiske eksempler på switterioniske overflateaktive midler er N-alkylaminosyrer og sultainer.

Eksempler på overflateaktive stoffer

• Natriumstearat er et anionisk overflateaktivt middel.
• Taurin er et eksempel på et switterionisk eller amfotert overflateaktivt middel.
• 4-(5-dodecyl)benzensulfonat er også et anionisk overflateaktivt middel.
• Polysorbater som Tween 20 og Tween 80 er eksempler på ikke-ioniske overflateaktive stoffer eller emulgatorer som brukes i næringsmiddel- og personlig pleieindustrien.
• Docusate (Dioctyl Sodium Sulfosuccinate).
• Alkyleterfosfater.
• Benzalkaoniumklorid (BAC).
• Perfluoroktan (PFOS).

Referanser

Piorr R. (1987) Struktur og anvendelse av overflateaktive stoffer . I: Falbe J. (red) Surfactants in Consumer Products. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-71545-7_2

Chang, Q. (2016). Overflate av løsning . Kolloid- og grensesnittkjemi for vannkvalitetskontroll, 161–174. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-809315-3.00009-8

Gratis, ML (2016). Bruk av overflateaktive stoffer for å forbedre partikkelfjerning fra overflater . Utviklingen innen overflateforurensning og rengjøring, 595–626. https://doi.org/10.1016/b978-0-323-29960-2.00013-7

Guill, I. (2019, 17. februar). Surfaktant og emulgator, er de det samme?Er de dårlige i kosmetikk? Hentet 24. juli 2021 fra https://mismimos.es/tensioactivo-y-emulsionante-es-lo-mismo/

Nakama, Y. (2017). Overflateaktive stoffer . Kosmetisk vitenskap og teknologi, 231–244. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-802005-0.00015-x