ON ESTIMATION OF THE AREA PER A SURFACTANT MOLECULE IN A 2D MONOLAYER DURING THE LIQUID-EXPANDED-LIQUID-CONDENSED PHASE TRANSITION AT THE AIR/WATER INTERFACE
Authors: Карташинская Елена Сергеевна 
Published: December 2021

Предложен метод оценки площади A, приходящейся на молекулу монослоя ПАВ, вначале перехода от жидко-растянутой к жидко-конденсированной фазе на основе двух теоретических моделей. Термодинамическая модель поведения дифильных монослоев с учетом неидеальности энтропии смешения позволяет оценить величину энергий Гиббса кластеризации ПАВ на основе П-А-изотерм, полученных при различных температурах. С другой стороны квантово-химический подход также дает возможность рассчитать данный термодинамический параметр и оценить структурные особенности получаемых монослоев. Величины энергий Гиббса кластеризации малых ассоциатов ПАВ и геометрических параметров элементарных ячеек монослоев были рассчитаны ранее с помощью квантово-химического полуэмпирического метода РМ3 для восьми классов дифильных соединений: насыщенные и этоксилированные спирты, насыщенные и цис-моноеновые карбоновые кислоты, α -гидрокси- и α -аминокислоты, N -ацилпроизводные аланина и диалкилзамещенные меламина. Эти параметры были использованы в термодинамической модели с учетом неидеальности энтропии смешения для расчета величин A. Оцененные значения A адекватно отражают экспериментальную температурную зависимость для рассматриваемого фазового перехода: с ростом температуры площадь, приходящаяся на молекулу ПАВ фиксированной длины цепи, уменьшается, и, наоборот, с ростом длины цепи ПАВ при фиксированной температуре величина A увеличивается. Это позволяет использовать предложенный подход в прогностических целях.

A method is proposed to estimate the area per molecule of a surfactant monolayer A at the transition onset of the liquid-expanded to a liquid-condensed phase based on two theoretical models. A thermodynamic model with account for nonideality of the mixing entropy makes it possible to estimate the Gibbs energy of surfactant clusterization using the П-A isotherms obtained at different temperatures. On the other hand, the quantum-chemical approach also makes it possible to calculate this thermodynamic parameter and assess the structural features of the obtained monolayers. The values of the Gibbs clusterization energies of small surfactant associates and the geometric parameters of the monolayer unit cells were previously calculated using the quantum-chemical semiempirical method PM3 for eight classes of amphiphilic compounds: saturated and ethoxylated alcohols, saturated and cis-monoenic carboxylic acids, α-hydroxylic and α-amino acids, N -acyl-substituted alanines and dialkyl-substituted melamine. These parameters are used in the thermodynamic model with account for nonideality of the mixing entropy to calculate A. The estimated values Aadequately reflect the experimental temperature dependence for the considered phase transition: with an increase in temperature the area per surfactant molecule of a fixed chain length decreases, and vice versa, with an increase in the surfactant chain length at a fixed temperature, the value A increases. This makes it possible to use the proposed approach for prognostic purposes.