胶束

胶束是表面活性分子（表面活性剂）在溶剂（通常是水）中的团聚体。许多与表面活性剂相关的性质，如它们的清洁效果，都是基于胶束的。形成胶束的能力是所有可溶性表面活性剂的特征。

胶束是如何形成的？

表面活性剂是一种两亲性分子，即它们由亲水性（亲水）和疏水性、亲脂性（防水）部分组成。作为溶液中的单个分子（单体），它们在表面积累并排列成疏水的长链组分（“尾部”）朝外，而亲水的“头部”向内进入本体相。随着表面被越来越多的表面活性剂占据，表面张力降低。

一旦表面被完全占据，没有空间容纳更多的表面活性剂分子，表面张力就不会进一步降低。如果浓度进一步增加，额外的表面活性剂分子会排列成胶束。这些胶束大多是球形结构，其中疏水链朝向内侧，亲水头指向外侧。

亲水基团常被称为“头部”，且在多数示意图中以球体表示，这暗示该基团总是小而短链。然而事实上，亲水基团也可能具有长链结构，因此这种通俗解释多少有些误导性。

临界胶束浓度（CMC）是什么？

胶束形成的浓度称为临界胶束浓度（CMC）。CMC是物质特有的数值，也是表面活性剂的重要参数。

▶ 有关更多详细信息，请参阅词汇表中关于临界胶束浓度的文章。

什么因素影响胶束的形成？

除了表面活性剂的化学结构及其浓度外，溶剂的类型、含盐量和pH值以及温度在胶束的形成中也起着重要作用。

胶束的形成与温度有何关系？

胶束的形成是一个热力学过程，因此取决于温度。为了形成胶束，表面活性剂分子必须以单体的形式存在于溶液中。这种溶解性仅在适当的温度条件下才可能实现。离子型表面活性剂与非离子型表面活性剂之间存在显著差异：

• 在离子型表面活性剂（如脂肪酸盐或长链磺酸盐，例如十二烷基硫酸钠=SDS）中，溶解度随温度升高而增加，相应地，其形成胶束的能力也增强。胶束形成的最低温度称为克拉夫特温度。该数值因表面活性剂种类而异。
• 随着温度的升高，非离子型表面活性剂（如长链乙氧基化物）的溶解度降低。当温度超过特定物质的浊点时，胶束结构会分解或形成更大的聚集体。溶液分离为表面活性剂富集相和表面活性剂贫乏相。

胶束的洗涤和清洁作用基于什么原理？

首先，表面活性剂能降低水的表面张力，确保待清洁表面获得更好的润湿效果，并在洗涤过程中更深入地渗透织物。然而，溶解并清除疏水性污染物（油脂、油污、烟尘等）的任务则由胶束承担。疏水性分子被包裹在胶束内部并被有效运载。

化妆品行业期望胶束（例如在所谓的胶束水中）能温和地清除皮肤上的杂质。这类配方通常不含油脂或有机溶剂，使用后可留在皮肤上，或根据需要仅用水冲洗即可。工业无溶剂脱脂解决方案同样基于微胶束的作用原理。

在药学领域，胶束是如何应用的？

胶束在水相中溶解和迁移油脂的能力被用于疏水性药物活性成分。这些物质被包裹在胶束中，可被水基液体药物吸收并运送至体内。

表面活性剂能形成其他类型的分子团聚体吗？

当浓度显著高于临界胶束浓度时，可形成更大的分子组装体。由于胶束中结合的单体数量基本恒定，因此不会形成更大尺寸的胶束，但其数量会先增加。在极高浓度下，将形成更复杂的结构，如棒状团聚体或双层片层结构。具有长程有序性的流动性结构由此组装而成，这类体系被称为液晶体系。

什么是反胶束？

由于其两亲性特性，许多表面活性剂既可溶于有机疏水性溶剂，也可溶于水。在这种情况下，表面活性剂基团的取向是相反的。在被称为反胶束的团聚体中，疏水基团朝外，亲水基团朝内。

反向胶束可用于超临界二氧化碳萃取等工艺。通过添加表面活性剂，该工艺也可用于在二氧化碳中难溶的极性物质。

胶束的形成如何从物理上解释？

在某些条件下（浓度、温度），胶束的形成是一个自发的平衡过程。该过程是放热的，即释放能量，且胶束形成焓ΔHmic为负值。

根据该公式，可通过临界胶束浓度随温度的变化值计算胶束生成焓。该方程反映出：随着温度升高，胶束形成的化学平衡会向初始产物（表面活性剂单体）方向移动，因此只有在更高浓度下才能形成胶束。由此可见，临界胶束浓度会随温度上升而增加。

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