Mizellen

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Vergleich von Liposom und Mizelle
Mizelle in Wasserlösung

Mizellen (von lat. mica = Klümpchen, kleiner Bissen), auch Assoziationskolloide genannt, sind Aggregate (Assoziate) aus amphiphilen Molekülen bzw. grenzflächenaktiven Substanzen, die sich in einem Dispersionsmedium (meist Wasser) aufgrund des hydrophoben Effekts spontan zusammenlagern.[1] Dieser Vorgang wird Selbstassemblierung genannt.

Eigenschaften[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Mizellen bilden sich ab einer bestimmten Stoffkonzentration, der kritischen Mizellbildungskonzentration (CMC), aufgrund der Neigung der Tenside zur Phasentrennung. Das bedeutet, die hydrophilen Teile (Köpfe) der Tensidmoleküle richten sich zu den angrenzenden Wassermolekülen aus, wogegen die hydrophoben Teile (Schwänze) sich zusammenlagern und somit eine eigene Phase bilden (siehe Grafik). Eine solche Mizelle hat typischerweise eine Größe von wenigen Nanometern, zum Beispiel zirka 4 nm für eine SDS-Mizelle in Wasser.

Inverse Mizellen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

In organischen Lösungsmitteln gibt es auch Mizellen, nur mit umgekehrter Orientierung (sogenannte inverse Mizellen; auch reverse Mizellen genannt). Des Weiteren gibt es neben Kugeln viele andere geometrische Formen (Stäbchen, Plättchen etc.) je nach Größen- und Längenverhältnis von Kopf zu Schwanz.

Anwendung finden reverse Mizellen beispielsweise bei der Extraktion von Proteinen aus Fermentationsbrühen. Hierbei wird das Protein im inneren Kern der reversen Mizelle gelöst.

Flüssigkristalle[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Enthält eine Lösung sehr große Konzentrationen an grenzflächenaktiven Substanzen, so können die vielen Mizellen höhere Ordnungszustände, sogenannte Flüssigkristalle, bilden.

Bildungsenergie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Mizellbildungsprozess läuft spontan ab, das heißt ihm liegt ein thermodynamisches Gleichgewicht zugrunde. Die treibende Kraft dabei ist die Freisetzung von Wassermolekülen, die zuvor mit den Tensidmolekülen assoziiert waren, wodurch die Entropie zunimmt. Die Wärme (Enthalpie) der Mizellbildung lässt sich wie folgt beschreiben:

Konstante, variiert zwischen 1 und 2 je nach Ladung der Mizellen
kritische Konzentration zur Mizellbildung (engl. cmc)
Temperatur in Kelvin
universelle Gaskonstante
Mizellbildungsenthalpie

Molmasse[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Zusammenhang der Molmasse mit der CMC wird über die Debye-Gleichung beschrieben:[2]

mit der optischen Konstante K (abhängig von Wellenlänge und Brechungsindex des Lösungsmittels und der Lösung), der Konzentration des amphiphilen Moleküls c, der kritischen Mizellenkonzentration CMC, der Turbidität τ, der Molmasse M und dem zweiten osmotischen Virialkoeffizienten A2.

Weitere Bedeutung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Als Mizellenbildung wird auch das Zusammenklumpen von Asphaltenen in Mineralölprodukten, zum Beispiel in Heizöl EL, bezeichnet.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • William M. Gelbart: Micelles, Membranes, Microemulsions, and Monolayers. Springer Science & Business Media, 2012, ISBN 978-1-461-38389-5, S. 208

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

 Wiktionary: Mizelle – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Y. Moroi: Micelles. Springer Science & Business Media, 2013, ISBN 978-1-489-90700-4, S. 1.
  2. William M. Gelbart: Micelles, Membranes, Microemulsions, and Monolayers. Springer Science & Business Media, 2012, ISBN 978-1-461-38389-5, S. 2.