Vad är ett ytaktivt ämne?

Ett ytaktivt ämne, även kallat ytaktivt ämne eller ytaktivt ämne, är ett kemiskt ämne som kan minska ytspänningen hos en vätska, vilket förbättrar dess förmåga att spridas över en större yta . De gör detta genom att skapa ett lager av molekyler på ytan av vätskan eller vid gränsytan mellan två vätskor.

På grund av sin förmåga att minska ytspänningen underlättar ytaktiva ämnen dispergeringen av en vätskefas i en annan med vilken den är oblandbar. Som en konsekvens tillåter de bildning och stabilisering av emulsioner mellan två vätskor, varför de också kallas emulgeringsmedel.

Struktur av ytaktiva ämnen

Ytaktiva ämnen kännetecknas av att vara amfifila molekyler, vilket innebär att en del av molekylen är hydrofil (har affinitet för vatten) medan den andra är hydrofob eller lipofil (har affinitet för fetter).

polärt huvud

Den hydrofila delen av molekylen innehåller alltid en eller flera polära funktionella grupper koncentrerade i en relativt liten del av molekylen, ofta kallad det polära huvudet.

Det polära huvudet är alltid kapabelt att bilda en eller flera vätebindningar med vatten och med andra liknande polära protiska lösningsmedel.

I vissa fall har det polära huvudet neutrala polära funktionella grupper såsom hydroxylgrupper, karboxylsyraestrar, etrar eller en kombination därav. I andra har den joniserbara grupper som karboxylater och till och med oorganiska syraestrar som svavelsyra (sulfater) och fosforsyra (fosfater) som joniseras. Vissa polära huvuden har också grupper med kvartära aminer (ammoniumkatjoner).

den hydrofoba svansen

Den hydrofoba eller lipofila delen av molekylen består i allmänhet av en lång kolvätekedja som kan eller inte kan innehålla omättnad, eftersom den kan eller inte kan innehålla aromatiska grupper och andra opolära organiska funktionella grupper.

På grund av det faktum att de är långa opolära kolkedjor kallas denna del av molekylen ofta för den opolära svansen.

Hur ytaktiva ämnen fungerar

Såsom nämnts ovan verkar ytaktiva ämnen genom att fördela sig vid gränsytan mellan en vätska (vanligen vatten) och en annan fas, som kan vara en opolär vätska såsom olja eller en gas såsom luft. Detta minskar ytspänningen vid gränsytan, vilket underlättar blandningen av båda faserna och bildningen av en emulsion. I händelse av att faserna är vatten och olja kan emulsionen bildas på två olika sätt:

• Den oljiga fasen är dispergerad i form av droppar i en vattenhaltig matris, i vilket fall det finns en olja-i-vatten-emulsion (såsom förekommer t.ex. i majonnäs).
• Vattenfasen är dispergerad i en oljematris, då har man en vatten-i-olja-emulsion (som i fallet med smör).

Sättet på vilket ytaktiva ämnen underlättar bildningen av någon av dessa två typer av emulsion är i princip detsamma. Emulgatormolekylerna är fördelade i gränsytan mellan vatten och olja, fördelade på ett sådant sätt att det hydrofila polära huvudet löses i vattenfasen, medan den lipofila svansen löses i oljan.

Om vatten är närvarande i en större andel än olja, kommer små oljedroppar belagda med ytaktiva ämnen att bildas med polarhuvudena pekande utåt.

Om det tvärtom är en högre andel olja händer det motsatta: små vattendroppar belagda med ytaktiva molekyler bildas med de apolära svansarna utåt.

Typer av ytaktiva ämnen

Ytaktiva ämnen klassificeras i fyra grupper baserat på egenskaperna hos det polära huvudet: nonjoniska, anjoniska, katjoniska och switerjoniska eller amfotära ytaktiva ämnen.

Nonjoniska ytaktiva ämnen

De är de vars polära huvud inte innehåller joniserbara polära grupper, såsom hydroxylgrupper i alkoholer, estergrupper och etrar.

anjoniska ytaktiva ämnen

Dessa innehåller syragrupper eller deras alkaliska salter som dissocierar när de löses i vatten, vilket genererar en negativt laddad jon eller anjon. Dessa laddade grupper är starkt hydrofila (och därför starkt lipofoba), eftersom de kan acceptera flera vätebindningar från vatten och även interagera via jon-dipolkrafter med vatten och vilket annat polärt lösningsmedel som helst.

Tvålar framställda genom förtvålning av fetter är exempel på dessa ytaktiva ämnen.

Katjoniska ytaktiva ämnen

De är motsatsen till anjoniska ytaktiva ämnen. I det här fallet har det polära huvudet en positiv laddning (dvs det är en katjon). I de flesta fall är dessa ytaktiva ämnen kvartära derivat av ammoniak och är i form av salter med en halogenid som motjon.

Ett exempel på denna typ av katjonisk tensid är DSDMAC eller disteryldimetylammoniumklorid.

Switterjoniska eller amfotera ytaktiva ämnen

En switterion, även kallad inre salt, är en kemisk art som har lika många formella positiva och negativa laddningar i sin struktur och har därför ingen nettoladdning. Switterjoniska ytaktiva ämnen ger mycket större polaritet än nonjoniska ytaktiva ämnen; de ger också många av fördelarna med katjoniska och anjoniska ytaktiva ämnen, men utan tillsats av en fri motjon som förblir löst i vattenfasen.

Typiska exempel på switterjoniska ytaktiva ämnen är N-alkylaminosyror och sultainer.

Exempel på ytaktiva ämnen

• Natriumstearat är ett anjoniskt ytaktivt ämne.
• Taurin är ett exempel på ett switterjoniskt eller amfotert ytaktivt ämne.
• 4-(5-dodecyl)bensensulfonat är också ett anjoniskt ytaktivt ämne.
• Polysorbater såsom Tween 20 och Tween 80 är exempel på nonjoniska ytaktiva ämnen eller emulgeringsmedel som används inom livsmedels- och personlig hygienindustrin.
• Docusate (Dioctyl Sodium Sulfosuccinate).
• Alkyleterfosfater.
• Bensalkaoniumklorid (BAC).
• Perfluoroktan (PFOS).

Referenser

Piorr R. (1987) Struktur och tillämpning av ytaktiva ämnen . 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). Lösningens yta . Colloid and Interface Chemistry for Water Quality Control, 161–174. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-809315-3.00009-8

Gratis, ML (2016). Användning av ytaktiva ämnen för att förbättra partikelavlägsnandet från ytor . Utveckling inom ytförorening och rengöring, 595–626. https://doi.org/10.1016/b978-0-323-29960-2.00013-7

Guill, I. (2019, 17 februari). Surfaktant och emulgeringsmedel, är de samma, är de dåliga i kosmetika? Hämtad 24 juli 2021 från https://mismimos.es/tensioactivo-y-emulsionante-es-lo-mismo/

Nakama, Y. (2017). Ytaktiva ämnen . Kosmetisk vetenskap och teknik, 231–244. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-802005-0.00015-x