Изучены процессы диэлектрической релаксации растворов додецилсульфата натрия (ДСН) в диапазоне концентраций в бинарном водно-этанольном растворителе при различных концентрациях спирта. Показано, что этанол в концентрациях ниже 40% не препятствует мицеллообразованию ДСН, а при более высоком содержании этанола мицеллы ПАВ не образуются. Тем не менее данные ЯМР показывают наличие в растворах с высокой концентрацией спирта малых ассоциатов, скорее всего димеров ДСН, свойства и подвижность которых зависят от состава водно-этанольной среды. Обсуждены трансформации структуры и размеров комплексов при изменении содержания этанола в растворе.
The processes of dielectric relaxation of sodium dodecyl sulfate (SDS) solutions were studied in a range of concentrations in a binary water-ethanol solvent at various alcohol concentrations. It was shown that ethanol at concentrations below 40% does not interfere with the formation of SDS micelles, and at a higher ethanol content, surfactant micelles do not form. However, NMR data show the presence of small associates, most likely SDS dimers, the properties and mobility of which depend on the composition of the water-ethanol medium, in solutions with high alcohol concentrations. Transformations in the structure and size of the complexes observed upon changing the ethanol content in the solution are discussed.
Идентификаторы и классификаторы
- УДК
- 54.057. Синтез
- Префикс DOI
- 10.33910/2687-153X-2024-5-2-49-59
- eLIBRARY ID
- 73162529
Ethanol is present in biological systems as a product of various chemical and biochemical reactions in living systems. The same applies to a variety of amphiphilic compounds, for example, lipids and fatty acids, the spontaneous association of which is an integral step in various biochemical processes. From the point of view of fundamental and applied research, it is necessary to represent the dynamic behavior and self-association features of various chemical compounds not only in aqueous, but also in water–ethanol solutions, which can be considered as a local environment for the functioning of biomacromo-lecules with different polarities and microstructures. In addition, we should not forget about the use of ethanol in technological schemes, where it is used with various functional implications. Given the development of renewable energy and the increasingly widespread use of ethanol as a biofuel, interest in regulating the properties of ethanol mixtures through various structuring additives is growing. This, in particular, explains the continuous interest in water–ethanol compositions as a medium in which various organic compounds acquire new properties.
Список литературы
- Arkhipov, V. P., Idiyatullin, Z. Sh. (2012) Raspredelenie molekul etanola mezhdu mitsellyarnoj i vodnoj fazami v vodno-etanol’nykh rastvorakh dodetsilsul’fata natriya [Distribution of ethanol molecules between the micellar and aqueous phases in aqueous-ethanol solutions of sodium dodecilsulphate]. Vestnik tekhnologicheskogo universiteta — Bulletin of the Technological University, 15 (9), 11–14. (In Russian)
- Asenbaum, A., Pruner, C., Wilhelm, E. et al. (2012) Structural changes in ethanol–water mixtures: Ultrasonics, Brillouin scattering and molecular dynamics studies. Vibrational Spectroscopy, 60, 102–106. https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2011.10.015 (In English)
- Axelrod, N., Axelrod, E., Gutina, A. et al. (2004) Dielectric spectroscopy data treatment: I. Frequency domain. Measurement Science and Technology, 15 (4), 755–764. https://doi.org/10.1088/0957-0233/15/4/020 (In English)
- Beddard, G. S., Doust, T., Hudales, J. (1981) Structural features in ethanol–water mixtures revealed by picosecond fluorescence anisotropy. Nature, 294 (5837), 145–146. https://doi.org/10.1038/294145a0 (In English)
- Brai, M., Kaatze, U. (1992) Ultrasonic and hypersonic relaxations of monohydric alcohol/water mixtures. The Journal of Physical Chemistry, 96 (22), 8946–8955. https://doi.org/10.1021/j100201a046 (In English)
- Buchner, R., Baar, C., Fernandez, P. et al. (2005) Dielectric spectroscopy of micelle hydration and dynamics in aqueous ionic surfactant solutions. Journal of Molecular Liquids, 118 (1–3), 179–187. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2004.07.035 (In English)
- Dutt, G. B., Doraiswamy, S. (1992) Picosecond reorientational dynamics of polar dye probes in binary aqueous mixtures. The Journal of Chemical Physics, 96 (4), 2475–2491. https://doi.org/10.1063/1.462052 (In English)
- Faizullin, D. A., Konnova, T. A., Haertlé, T., Zuev, Y. F. (2017) Secondary structure and colloidal stability of beta-casein in microheterogeneous water-ethanol solutions. Food Hydrocolloids, 63, 349–355. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2016.09.011 (In English)
- Feldman, Y., Ben Ishai, P. (2021) The Microwave response of water as the measure of interactions in a complex liquid. In: W. H. Hunter Woodward (ed.). Broadband Dielectric Spectroscopy: A Modern Analytical Technique. Washington: American Chemical Society Publ., pp. 283–300. https://doi.org/10.1021/bk-2021-1375.ch013 (In English)
- Gnezdilov, O. I., Zuev, Y. F., Zueva, O. S. et al. (2011) Self-diffusion of ionic surfactants and counterions in premicellar and micellar solutions of sodium, lithium and cesium dodecyl sulfates as studied by NMR-diffusometry. Applied Magnetic Resonance, 40, 91–103. https://doi.org/10.1007/s00723-010-0185-1 (In English)
- Greinacher, H. (1948) Uber eine methode zur bestimmung der dielektrizitatskonstanten von flussigkeiten [About a method for determining the dielectric constants of liquids]. Helvetica Physica Acta, 21 (3–4), 261–272. (In German)
- Gubaidullin, A. T., Litvinov, I. A., Samigullina, A. I. et al. (2016) Structure and dynamics of concentrated micellar solutions of sodium dodecyl sulfate. Russian Chemical Bulletin, 65, 158–166. https://doi.org/10.1007/s11172-016-1278-2 (In English)
- Halder, R., Jana, B. (2018) Unravelling the composition-dependent anomalies of pair hydrophobicity in water–ethanol binary mixtures. The Journal of Physical Chemistry B, 122 (26), 6801–6809. https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.8b02528 (In English)
- Holmberg, K., Jönsson, B., Kronberg, B., Lindman, B. (2002) Intermolecular interactions. In: Surfactants and Polymers in Aqueous Solution. 2nd ed. Chichester: John Wiley & Sons Publ., pp. 157–174. https://doi.org/10.1002/0470856424.ch7 (In English)
- Hu, N., Wu, D., Cross, K. et al. (2010a) Structurability: A collective measure of the structural differences in vodkas. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 58 (12), 7394–7401. https://doi.org/10.1021/jf100609c (In English)
- Hu, N., Wu, D., Cross, K. J., Schaefer, D. W. (2010b) Structural basis of the 1 H-nuclear magnetic resonance spectra of ethanol–water solutions based on multivariate curve resolution analysis of mid-infrared spectra. Applied Spectroscopy, 64 (3), 337–342. https://doi.org/10.1366/000370210790918373 (In English)
- Konnova, T. A., Faizullin, D. A., Haertlé, T., Zuev, Y. F. (2013) β-casein micelle formation in water-ethanol solutions. Doklady Biochemistry and Biophysics, 448 (1), 36–39. https://doi.org/10.1134/S1607672913010092 (In English)
- Levy, E., Puzenko, A., Kaatze, U. et al. (2012) Dielectric spectra broadening as the signature of dipole-matrix interaction. II. Water in ionic solutions. The Journal of Chemical Physics, 136 (11), article 114503. https://doi.org/10.1063/1.3691183 (In English)
- Lewis, G. L., Smyth, C. P. (1939) The dipole moments and structures of ozone, silicobromoform and dichlorogermane. Journal of the American Chemical Society, 61 (11), 3063–3066. https://doi.org/10.1021/ja01266a026 (In English)
- Mashimo, S., Umehara, T., Redlin, H. (1991) Structures of water and primary alcohol studied by microwave dielectric analyses. The Journal of Chemical Physics, 95 (9), 6257–6260. https://doi.org/10.1063/1.461546 (In English)
- Mijaković, M., Kežić, B., Zoranić, L. et al. (2011) Ethanol-water mixtures: Ultrasonics, Brillouin scattering and molecular dynamics. Journal of Molecular Liquids, 164 (1–2), 66–73. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2011.06.009 (In English)
- Nishikawa, K., Iijima, T. (1993) Small-angle x-ray scattering study of fluctuations in ethanol and water mixtures. The Journal of Physical Chemistry, 97 (41), 10824–10828. https://doi.org/10.1021/j100143a049 (In English)
- Powles, J. G. (1953) Dielectric relaxation and the internal field. The Journal of Chemical Physics, 21 (4), 633–637. https://doi.org/10.1063/1.1698980(In English)Romsted, L. S. (ed.). (2014) Surfactant science and technology: Retrospects and prospects. Boca Raton: CRC Press, 593 p. https://doi.org/10.1201/b16802 (In English)
- Rosen, M. J., Kunjappu, J. T. (2012) Surfactants and interfacial phenomena. New Jersey: John Wiley & Sons Publ., 616 p. http://dx.doi.org/10.1002/9781118228920 (In English)
- Sato, T., Buchner, R. (2004) Dielectric relaxation processes in ethanol/water mixtures. The Journal of Physical Chemistry A, 108 (23), 5007–5015. https://doi.org/10.1021/jp035255o (In English)
- Sato, T., Chiba, A., Nozaki, R. (1999) Dynamical aspects of mixing schemes in ethanol–water mixtures in terms of the excess partial molar activation free energy, enthalpy, and entropy of the dielectric relaxation process. The Journal of Chemical Physics, 110 (5), 2508–2521. https://doi.org/10.1063/1.477956 (In English)
- Soper, A. K., Dougan, L., Crain, J., Finney, J. L. (2006) Excess entropy in alcohol−water solutions: A simple clustering explanation. The Journal of Physical Chemistry B, 110 (8), 3472–3476. https://doi.org/10.1021/jp054556q (In English)
- Wakisaka, A., Komatsu, S., Usui, Y. (2001) Solute-solvent and solvent-solvent interactions evaluated through clusters isolated from solutions: Preferential solvation in water-alcohol mixtures. Journal of Molecular Liquids, 90 (1–3), 175–184. https://doi.org/10.1016/S0167-7322(01)00120-9 (In English)
- Wakisaka, A., Ohki, T. (2005) Phase separation of water–alcohol binary mixtures induced by the microheterogeneity. Faraday Discussions, 129, 231–245. https://doi.org/10.1039/B405391E (In English)
- Zuev, Yu. F., Kurbanov, R. Kh., Idiyatullin, B. Z., Us’yarov, O. G. (2007) Sodium dodecyl sulfate self-diffusion in premicellar and low-concentrated micellar solutions in the presence of a background electrolyte. Colloid Journal, 69, 444–449. https://doi.org/10.1134/S1061933X07040059 (In English)
- Zuev, Yu. F., Lunev, I. V., Turanov, A. N., Zueva, O. S. (2024) Micellization of sodium dodecyl sulfate in the vicinity of Krafft point: An NMR and dielectric spectroscopy study. Russian Chemical Bulletin, 73 (3), 529–535. https://doi.org/10.1007/s11172-024-4162-5 (In English)
- Zueva, O. S., Kusova, A. M., Makarova, A. O. et al. (2020) Reciprocal effects of multi-walled carbon nanotubes and oppositely charged surfactants in bulk water and at interfaces. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 603, article 125296. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125296 (In English)
- Zueva, O. S., Makarova, A. O., Khairutdinov, B. I. et al. (2021) Association of ionic surfactant in binary water—ethanol media as indicator of changes in structure and properties of solvent. Russian Chemical Bulletin, 70, 1185–1190. https://doi.org/10.1007/s11172-021-3203-6 (In English)
- Zueva, O. S., Rukhlov, V. S., Zuev, Yu. F. (2022) Morphology of ionic micelles as studied by numerical solution of the Poisson equation. ACS omega, 7 (7), 6174–6183. https://doi.org/10.1021/acsomega.1c06665 (In English)
Выпуск
Другие статьи выпуска
This book is the result of the joint efforts of four Serbian scientists — recognized experts in theo-retical physics, meteorology, and applied and pure mathematics. During the years of research, they were deeply involved in the study of complex systems in diverse contexts. The inspiration for the book was found in the problems that the authors encountered in teaching and research.
Молекулярные кристаллы халькогенидов обнаруживают широкий спектр изменений химических и физических свойств под действием света с энергией, превышающей ширину запрещенной зоны. Большинство этих свойств определяются электронной структурой. Однако по электронной структуре As4Se4 имеется лишь несколько теоретических статей по молекуле и всего только две - по кристаллу As4Se4. В настоящей работе впервые были сопоставлены геометрическая и электронная структура кристалла As4Se4 и молекулы As4Se4, рассчитанные в рамках периодической модели методом DFT в одних и тех же приближениях. При этом были рассчитаны равновесные длины связей и валентные углы вместе с разностными электронными плотностями, зарядами Малликена, Лёвдина и Бадера, а также Малликеновскими заселенностями перекрывания, и проведён сравнительный анализ характера химической связи в кристалле As4Se4 и молекуле As4Se4. Выполненные DFT расчеты зонной структуры показали, что кристалл As4Se4 является непрямозонным полупроводником.
В статье рассматривается гравитационный коллапс в метрике Вайдья, полученной с помощью гравитационного расщепления. Мы исследуем вопрос о том, влияет ли первичный волос на конечный результат гравитационного коллапса. Мы доказали, что константа связи ока- зывает влияние на формирование голой сингулярности. Мы также исследовали вопрос о силе центральной сингулярности и доказали, что она является гравитационно-сильной. Тем не менее приведенная модель не нарушает космический принцип цензуры, поскольку при формировании голой сингулярности нарушаются слабые энергетические условия.
Строгий метод токов вероятностей в рамках квантовой теории столкновений протестирован на примере моделей Талли для однократного прохождения областей неадиабатичности во время атомных столкновений. Расчеты проведены в диабатическом представлении путем численного интегрирования системы связанных уравнений для ядерных радиальных волновых функций. Результаты точных квантовых расчетов сравниваются с оценками модели Ландау-Зинера для тех же электронных структур. Показано, что метод токов вероятностей является эффективным средством исследования неупругих процессов в атомных столкновениях.
Исходя из недавнего предположения о том, что цитоплазма бактерий схожа по свойству со стеклообразующими жидкостями, нами предложено новое отношение зависимости скорости роста бактерий от температуры: k = k0exp[-Ea/kB(T-Tc)] для диапазона низких температур, где k0 - постоянная, Ea - энергия активации (eV), kB - постоянная Больцмана, T - абсолютная температура (K), а Tc - характеристическая температура (замерзания) (K), по аналогии с зависящей от температуры текучестью (обратная вязкости величина), наблюдаемой в стеклообразующих жидкостях неорганических материалов. Данное монотонное поведение бактериального роста прерывается при более высоких температурах, т. е. k резко снижается вместе с T, что может быть связано с резким ростом физиологической концентрации цитоплазмы при превышении критической температуры Tm. Наблюдение касательно температурной зависимости скорости бактериального роста аналогично наблюдению в отношении стеклообразующих жидкостей в неживых неорганических материалах.
Методом силовой микроскопии пьезоэлектрического отклика исследованы тонкие пленки цирконата-титаната свинца, отличающиеся сферолитовой радиально-лучистой микро-стуктурой, состав которых соответствует области морфотропной фазовой границы. Выявлены особенности вертикального и латерального пьезооткликов, а также потенциала поверхности (Кельвин-мода). Проводится сравнение свойств пьезоэлектрического отклика тонких пленок с особенностями радиально-лучистой микроструктуры и механических напряжений, образующихся в пленках в результате кристаллизации фазы перовскита из аморфной фазы.ф
Издательство
- Издательство
- РГПУ им. А. И. Герцена
- Регион
- Россия, Санкт-Петербург
- Почтовый адрес
- 191186, Санкт-Петербург, набережная реки Мойки 48
- Юр. адрес
- 191186, Санкт-Петербург, набережная реки Мойки 48
- ФИО
- Тарасов Сергей Валентинович (ректор)
- E-mail адрес
- mail@herzen.spb.ru
- Контактный телефон
- +7 (812) 3124477