Исследование влияния температуры на поведение НПАВ с помощью фазовых диаграмм

Фазовые диаграммы систем НПАВ - вода во многом аналогичны фазовым диаграммам ионных ПАВ, причем НПАВ с более длинными оксиэтиленовыми цепями подобны ионным ПАВ с одной углеводородной цепью, а с более короткими оксиэтиленовыми цепями - ионным ПАВ с двумя углеводородными цепями. Тем не менее ясно, что системы имеют принципиальные различия. Рассмотрим в качестве примера фазовую диаграмму НПАВ с водой. При низких температурах при возрастании концентрации НПАВ наблюдается следующая последовательностью фаз: мицеллярная, прямая гексагональная, биконтинуальная кубическая, ламелярная и твердая фаза ПАВ. В мицеллярной фазе наблюдается сильный рост мицелл с увеличением и температуры, и концентрации. Главное отличие от фазовой диаграммы ионного ПАВ состоит в том, что в случае НПАВ фаза с высоким содержанием воды при повышении температуры разделяется на две жидкие фазы. А при дальнейшем повышении температуры происходит образование новой жидкой фазы. Области устойчивости ламелярной фазы и обращенной мицеллярной фазы при повышении температуры заметно расширяются за счет неустойчивости прямых фаз.

Фазовая диаграмма системы неионное ПАВ - вода в зависимости от логарифма объемной доли НПАВ. При нагревании мицеллярного раствора происходит фазовый переход с разделением на два изотропных раствора. Граница двухфазной области называется нижней кривой растворимости, координаты минимума этой кривой - критические температура Tc, и состав

Если сравнить фазовое поведение ряда НПАВ с одинаковой алкильной цепью, но с окиэтиленовыми цепями различной длины, то обнаружится резкое изменение свойств систем. На фазовых диаграммах НПАВ с длинными оксиэтиленовыми цепями присутствуют следующие фазы: мицеллярная, кубическая, образованная дискретными мицеллами, и прямая гексагональная фаза. Укорочение оксиэтиленовой цепи сопровождается усилением склонности мицелл к росту, в результате перечисленные фазы постепенно исчезают. Вместо них устойчивыми становятся другие фазы: ламелярная и фаза раствора, обогащенного НПАВ, а при повышении температуры образуется также губчатая фаза. Например, при смешении НПАВ Q2E3 с водой мицеллы не возникают, а сразу образуются две фазы: ламелярная фаза и очень разбавленный раствор. Эта ситуация напоминает фазовое поведение лецитина. Наряду с ламелярной фазой в таких системах устойчива обращенная мицеллярная фаза, которая узким каналом протягивается к обогащенной водой части фазовой диаграммы.

L3 или губчатая фаза

Впервые эта фаза была открыта при исследовании фазовых диаграмм системы СюЕб и была названа "аномальной", поскольку обнаружение при повышенной температуре второй мицеллярной области было совершенно неожиданным. В настоящее время хорошо известно, что эта фаза относится к биконтинуальному типу, в котором бислойные пленки ПАВ связаны между собой на макроскопических расстояниях. Бислойные пленки обеспечивают нулевую или небольшую среднюю кривизну поверхностям, разделяющим каналы воды.

Губчатая фаза в основном характерна для неионных ПАВ и изучена главным образом для них. Однако в последние годы стало понятно, что такую фазу могут образовать ПАВ любых классов при оптимальном балансе гидрофобной и гидрофильной частей молекул. Для ионных ПАВ образование губчатой фазы обычно инициируется добавлением электролита.