מיצלה

מיצלה (באנגלית: Micelle) היא צבר של מולקולות גדולות עם תכונות אמפיפתיות, מולקולות שיש בהן אזורים שנמסים היטב במים ואזורים דוחי מים. תערובת של מיצלות בתוך ממס נקראת קולואיד. מיצלה היא דוגמה למבנה שנוצר באופן ספונטני על ידי חומרים פעילי שטח. מיצלות הן "שלפוחיות" אשר מקטינות את מתח הפנים של הנוזל על ידי הקטנת שטח הפנים. בתערובת מימית תהיה מיצלה טיפוסית בעלת מבנה שבו הראשים ההידרופילים באים במגע עם הסביבה המימית, בעוד הזנבות ההידרופובים מופנים כלפי מרכז המיצלה. בממסים אורגניים לא פולריים יהייה מצב הפוך, הראשים ימוקמו כלפי מרכז המיצלה והזנבות כלפי חוץ. סידור מרחבי נפוץ הוא כדורי, צורות אפשריות נוספות הן של אליפסה, גליל ודו-שכבה. הצורה והגודל של המיצלה תלויים בגאומטריה של המולקולות המרכיבות אותה, וכן במאפייני התמיסה שבה היא נבנית כמו ריכוז, טמפרטורה, pH וחוזק יוני. תהליך יצירת המיצלה נקרא מיצליזציה (Micellisation), דוגמה לרבגוניות של תהליך זה אפשר לראות בפולימורפיזם של ליפידים, משפחה של חומרים עם מבנה אמפיפטי הבונים מגוון רחב של אגרגטים (מכונים פאזות) בהתאם לתכונות החומר והממס. היכולת של תמיסות לשמש כדטרגנט הייתה ידועה במשך מאות שנים. למרות זאת, רק בתחילת המאה ה-20 נחקרו מרכיבי תמיסות אלה בצורה מדעית. מחקר פורץ דרך בתחום זה נעשה על ידי ג'יימס ויליאם מקביין באוניברסיטת בריסטול. בשנת 1913 הוא הניח שקיימים צברים אותם כינה "יוני קולואיד", כדי להסביר את המוליכות האלקטרוליטית הטובה של תמיסת סודיום פלמיטאט. בהמשך קיבלו צברי מולקולות אלה, שהפגינו ניידות גבוהה ונוצרו באופן ספונטני בתמיסה, את השם מיצלות. זאת, בהשאלה ממונח ביולוגי לציון "חלקיק זעיר" (בלטינית המילה mica מציינית חלקיק, והסיומת elle היא סיומת הקטנה). מונח זה פורסם על ידי ג.ס. הארטלי (G.S. Hartley) בספרו "מלחי שרשראות פרפין, מחקר ביצור מיצלות" (Paraffin Chain Salts, A Study in micelle Formation). מיצלות נוצרות רק כשריכוז התמיסה גדול מ"ריכוז המיצלה הקריטי" (CMC - Critical micelle concentration), והטמפרטורה גבוהה מ"טמפרטורת המיצלה הקריטית" (Critical micelle temperature / Krafft temperature). המיצלות נוצרות ספונטנית, מכיוון ששיווי המשקל בין האנטרופיה והאנתלפיה. במים, האפקט ההידרופובי מהווה כוח מניע ליצירת המיצלה, זאת למרות העובדה שמולקולות אמפיפטיות, אשר מתכנסות יחד, מורידות את האנטרופיה. השפעות נוספות על היווצרות המיצלות יכולות להיגרם על ידי אינטראקציות אלקטרוסטטיות, שמתרחשות בין החלקים הטעונים בתמיסה. בממס לא פולרי החשיפה של הקבוצות ההידרופיליות לסביבת הממס אינה מועדפת מבחינה אנרגטית. במקרים אלה הראשים ההידרופילים פונים כלפי פנים, אל ליבת המיצלה, בעוד הזנבות ההידרופובים פונים כלפי חוץ. מיצלות הפוכות אלה ייווצרו פחות ופחות עם העלייה במטען קבוצות הראש, וזאת עקב היווצרות אינטראקציות לא מועדפות. למיצלות יש תפקידים חשובים בתגובות כימיות. כימיה מיצלית משתמשת בחלק הפנימי של מיצלות כדי להכיל תגובות כימיות, שבמקרים מסוימים יכולות להפוך סינתזה כימית רב-שלבית למעשית יותר. פעולה זו יכולה להגדיל את התוצרים, ליצור תנאים נוחים יותר למגיבים ספציפיים (למשל מולקולות הידרופוביות), ולהפחית את הממסים הדרושים את תוצרי הלוואי ואת התנאים הנדרשים (למשל pH קיצוני).בגלל יתרונות אלה, כימיה מיצאלית נחשבת לסוג של כימיה ירוקה. מדיה וקבצים בנושא מיצלה בוויקישיתוף מיצלה, באתר אנציקלופדיה בריטניקה (באנגלית) B. Vincent, McBain and the centenary of the micelle, Advances in Colloid and Interface Science 203, 2014, עמ' 51-54 Daniel Paprocki, Arleta Madej, Dominik Koszelewski, Anna Brodzka, Ryszard Ostaszewski, Multicomponent Reactions Accelerated by Aqueous Micelles, Frontiers in Chemistry 6, 2018-10-22, עמ' 502 doi: 10.3389/fchem.2018.00502 Duncan J. Macquarrie, Organically Modified Micelle Templated Silicas in Green Chemistry, Topics in Catalysis 52, 2009-11-01, עמ' 1640–1650 doi: 10.1007/s11244-009-9301-6