1-1 : مواد فعال کننده سطحی

سورفکتانت^[1] ماده­ای است که هنگامی که به مقدار بسیار ناچیز استفاده می شود کشش سطحی آب را به میزان قابل توجهی کاهش می­دهد [1]. مولکول­ها از نظر حل شدن به دو دسته مجزا تقسیم بندی می شوند: مولکول­هایی که تمایل به حل شدن در محلول­های قطبی از قبیل آب را دارند، هیدروفیل^[2] و مولکول­هایی که تمایل به حل شدن در محلول­های غیر قطبی مانند هیدروکربن­ها را دارند، هیدروفوب^[3] نامیده می­شوند. مولکول­هایی که هر دو خاصیت را دارند، آمفیفیلیک نامیده می­شوند [1و2].

1-1-2: مولکول­های آمفیفیلیک

چنین مولکول­هایی زمانی­که در آب قرار می­گیرند، رفتار متفاوتی از خود نشان می­دهند. بخش قطبی در تکاپوی برقراری ارتباط با آب است در حالی­که بخش غیر­قطبی از آب دوری می­کند. یک مولکول آمفیفیلیک می­تواند به گونه­ای در سطح آب قرار گیرد که بخش قطبی آن در تماس با آب و بخش غیر قطبی آن در بالای سطح (در هوا یا در مایعی غیر­قطبی) باشد. حضور این مولکول­ها در سطح باعث کاهش انرژی چسبندگی و در نتیجه کاهش کشش سطحی می­شود. این مولکول­ها فعال کننده سطح یا سورفکتانت نامیده می­شوند [3].

1-1-3: ساختار

سورفکتانت­ها معمولاً ترکیباتی آلی هستند که دارای گروه­های هیدروفوبیک که نقش دم و دنباله را دارد و گروههای هیدروفیلیک که نقش سر را دارد، می­باشند بنابراین معمولاً به طور ناچیز در آب و حلالهای آلی حل می­شوند[4].

1-1-4: عملکرد

سورفکتانت­ها کشش سطحی آب را بوسیله جذب سطحی فصل مشترک هوا – آب کاهش می­دهند همچنین باعث کاهش کشش فصل مشترک آب و روغن بوسیله جذب سطحی فصل مشترک مایع- مایع می­شوند [5].

1-1-5: تقسیم بندی سورفکتانت­ها

سورفکتانت­ها به 3 دسته غیر یونی، کاتیونیک و آنیونیک تقسیم بندی می­شوند:

در سورفکتانت­های غیر یونی، سر هیدروفیل کاملاً خنثی است. به عنوان مثال می توان از الکل اتوکسیلات چرب نام برد.

در سورفکتانت­های آنیونی، سر هیدروفیل دارای بار منفی است و یون­های با بار مثبت از قبیل یون سدیم، لیتیم و غیره را جذب می­کند.

سورفکتانت­های کاتیونی، دارای سر هیدروفیل با بار مثبت هستند که منجر به جذب کاتیون­های با بار منفی از قبیل یون کلر و یون برم می­شود. در این گروه می­توان به آلکیل­تری­متیل­آمونیوم­هالید، آلکیل­پیرینیدیوم هالید و آلکیل­دی­متیل­آمونیوم­هالید اشاره کرد[6].

1-1-6: مایسل­ها

مایسل از ریشه کلمه لاتین MICELLE  به معنی تکه کوچک گرفته شده است. تعداد زیادی مولکول سورفکتانت می­توانند در توده محلول به هم وصل شده و تشکیل توده­ای  به نام مایسل دهند. وقتی مایسل­ها شروع به تشکیل شدن کردند دم آنها تشکیل یک هسته مانند یک قطره روغن و سر یونی آنها یک پوسته بیرونی می­سازد که تماس مطلوب با آب را بهبود می­بخشد.

اندازه و شکل مایسل به ساختمان مولکول­های فعال­کننده سطحی و آرایش فضایی آن بستگی دارد. غلظتی که در آن مایسل تشکیل می­شود غلظت بحرانی مایسل شدن[4](CMC) نامیده می­شود.

در این غلظت، مایسل­ها از حدود400- 200 مونومر فعال کننده سطحی پدید می­آیند. مایسل­ها از نظر ترمودینامیکی پایدارند و به آسانی تکرارپذیر می­باشند. اگر غلظت فعال­کننده­های سطحی در اثر رقیق نمودن با آب به پایین تر از  CMCرسانده شود، مایسل تخریب می شود.

در حدود 76 سال پیش رابطه ای جالب بین خواص فیزیکی- شیمیایی محلول مواد فعال­کننده­های سطحی و غلظت آنها در محلول ارائه گردید که بیان­کننده تغییرات ناگهانی در خواص فیزیکی- شیمیایی این محلول­ها در محدوده کمی از غلظت بود. این تغییرات به تجمع مولکول­های دوخصلتی نسبت داده شد و مفاهیمی نظیر مایسل و غلظت بحرانی برای آن مطرح گردید. مولکول­های فعال­کننده سطحی در محلول­های بسیار رقیق به صورت مونومر هستند. البته ممکن است دیمرها وتریمرها نیز حضور داشته باشند. وقتی غلظت مولکول­های فعال­کننده سطحی به یک مقدار مناسب برسد، تجمع خودبخود اتفاق می­افتد و مایسل تشکیل می شود. در این تجمع قسمت آبگریز در مرکز مایسل است، در حالی­که گروه­های قطبی با سطح آب برهمکنش می­دهند و بوسیله تعدادی از مولکول­های آب هیدراته می­شوند [6و7].

1-1-6-1: نیروهای تأثیر­گذار بر تشکیل مایسل

 تشکیل مایسل در نتیجه تأثیر سه نیروی اساسی است[8] که عبارتند از:

• نیروهای دافعه بین گروه­های دم حلال­گریز مولکول­های ماده فعال­کننده سطحی و حلال.

• نیروهای دافعه الکتروستاتیک بین گروه­های سر حلال­دوست مولکول­های ماده فعال­کننده سطحی که ناشی از اتصال مولکول­های آب به سر قطبی و افزایش حجم آن قسمت (هیدراتاسیون آب) است.

3-  نیروهای جاذبه واندروالسی بین گروه­های دم ماده فعال­کننده سطحی.