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Selbstorganisation • Lebenswissenschaften nach Oparin entsteht „Leben“ durch eine spontane Zunahme der molekularen Komplexität und Spezifität - Selbstorganisation von DNA Selbstorgansation von Phospholipiden • Kolloidwissenschaften nach Shinoda entstehen „organisierte Lösungen“ bei einer kontrollierten Ballance zwischen lyophoben und lyophilen SubstanzLösungsmittel Wechselwirkungen Organisierte Lösungen (nach Shinoda) solute-solvent interactions lyophilic interactions regular solution lyophilic/lyophobic interactions organized solution lyophobic interactions phase separation 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 Tenside • Als Tenside werden allgemein niedermolekulare Verbindungen bezeichnet , deren Moleküle einen hydrophoben und einen hydrophilen Teil enthalten. Ionische Tenside Anionisch Carboxylgruppen Sulfatgruppen Sulfonatgruppen Phosphatgruppen Kationisch Primäre Aminogruppen Sekundäre Aminogruppen Tertiäre Aminogruppen Quaternäre Aminogruppen Amphoter Sulfobetaine Carbobetaine Phospholipide 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 • Glycoside R-NH-(CH2-CH2NH)m –H Hydrophober Teil • Längerkettige Kohlenwasserstoffe (KW) - gesättigt - ungesättigt - verzweigt - fluriert Eigenschaften • Infolge ihres amphoteren Charakters sind Tenside grenzflächenaktiv. Dies kann zu verschiedenen Effekten führen: - Senkung der Grenzflächenspannung - Benetzung - Filmbildung Mizellbildung Mizellbildung • Spontane Assoziation von Tensidmolekülen oberhalb einer kritischen Tensidkonzentration (Kritsche MizellbildungsKonzentration KMK bzw. cmc) Methoden zur cmc Bestimmung • Grenzflächenspannungsmessung • Leitfähigkeitsmessung • Trübungsmessung Krafft Punkt bzw. Krafft Temperatur • Die Temperatur, bei der die Auflösung des ungelösten Tensids durch die einsetzende Mizellbildung erfolgt Form der Mizellen - kugelförmig scheibenförmig zylindrisch lamellar vesikelförmig bikontinuierlich Modelle zur Beschreibung der Mizellbildung • 2-Phasenmodell • Assoziationsmodell 2-Phasenmodell • Chemische Potentiale der Tensidmoleküle in der Wasserund der Mizellphase sind gleich G°Miz = °(Mizelle) - °(LSM) = RT ln cmc Assoziationsmodell • Die Freie Energie der Mizellbildung ( G°Miz) kann in Bezug zur Gleichgewichtskonstante Kn gesetzt werden • G°Miz = - RT ln Kn Kritischer Packungsparameter (V / A L) • V – Volumen des hydrophoben Teils • A – Optimum der Kopfgruppenfläche • L – Kritische Länge des hydrophoben Schwanzes nach Israelachvili Kritische Packungsdichte Tensid-Typ Aggregatstruktur < 0,33 einfache Tenside mit großen Kopfgruppen kugelförmige, ellipsoide Mizellen 0,33 – 0,5 einfache Tenside mit kleinen Kopfgruppen zylindrische oder stäbchenförmige Mizellen 0,5 – 1,0 Doppelkettige Tenside mit großen Kopfgruppen Vesikel oder Doppelschichten 1 Doppelkettige Tenside mit kleinen Kopfgruppen Planare Doppelschichten > 1,0 Doppelkettige Tenside mit kleinen Kopfgruppen, sehr voluminöser hydrophober Teil Reverse Mizellen Parameter zur Beschreibung einer Mizelle • Aggregationszahl n • Kritische Mizellbildungskonzentration (cmc) • Relaxationszeiten t1 ; t2 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 cmc nimmt ab • Carboxylat > Sulfonat > Sulfat • Quaternäre N-Funktion > primäres Amin • Mit abnehmender Hydrophilie der Kopfgruppe Abnahme der cmc mit zunehmender Kettenlänge log10 cmc = A – B nc A, B – Konstanten nc – Zahl der C-Atome in der Kette Empir. Gleichung nach Klevens Schnelle und langsame Relaxation • Schnelle Relaxation: Austausch von Monomer • Langsame Relaxation: Auf- und Abbau ganzer Mizellen