Selbstorganisation
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Lebenswissenschaften nach Oparin entsteht „Leben“ durch eine spontane Zunahme der molekularen Komplexität und Spezifität Selbstorganisation von DNA Selbstorgansation von Phospholipiden. Kolloidwissenschaften nach Shinoda

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Presentation Transcript


Selbstorganisation

Lebenswissenschaften

nach Oparin

entsteht „Leben“ durch eine spontane Zunahme der molekularen Komplexität und Spezifität

Selbstorganisation von DNA

Selbstorgansation von Phospholipiden

Kolloidwissenschaften

nach Shinoda

entstehen „organisierte Lösungen“ bei einer kontrollierten Ballance zwischen lyophoben und lyophilen Substanz-Lösungsmittel Wechselwirkungen

Selbstorganisation


Organisierte l sungen nach shinoda

Organisierte Lösungen (nach Shinoda)

solute-solvent

interactions

lyophilic

interactions

lyophilic/lyophobic

interactions

lyophobic

interactions

regular solution

organized solution

phase separation


Organized solutions according to shinoda

Organized solutions (according to Shinoda):

  • Low solute solubility

  • Swelling of solvent by solute phase

  • Solute in a liquid or liquid crystalline state

  • High molecuar or aggregate weight of solute species


Tenside

Tenside

  • Als Tenside werden allgemein niedermolekulare Verbindungen bezeichnet , deren Moleküle einen hydrophoben und einen hydrophilen Teil enthalten.


Ionische tenside

Ionische Tenside

Anionisch Kationisch Amphoter

Carboxylgruppen Primäre Aminogruppen Sulfobetaine

Sulfatgruppen Sekundäre Aminogruppen Carbobetaine

Sulfonatgruppen Tertiäre Aminogruppen Phospholipide

Phosphatgruppen Quaternäre Aminogruppen


Nichtionische tenside

Nichtionische Tenside

  • Polyglycolether R-O-(CH2-CH2O)m –H

  • Polyglycolester R-C(O) O-(CH2-CH2O)m –H

  • Polyglycolamide R-C(O) NH-(CH2-CH2O)m –H

  • Polypropylenglycolether R-O-(C(CH3)H-CH2O)m –H

  • Polypropylenglycolester R-C(O) O-(C(CH3)H -CH2O)m –H

  • Polypropylenglycolamide R-C(O) NH-(C(CH3)H -CH2O)m –H

  • Polyamine R-NH-(CH2-CH2NH)m –H

  • Glycoside


Hydrophober teil

Hydrophober Teil

  • Längerkettige Kohlenwasserstoffe (KW)

    - gesättigt

    - ungesättigt

    - verzweigt

    - fluriert


Eigenschaften

Eigenschaften

  • Infolge ihres amphoteren Charakters sind Tenside grenzflächenaktiv. Dies kann zu verschiedenen Effekten führen:

    - Senkung der Grenzflächenspannung

    - Benetzung

    - Filmbildung

     Mizellbildung


Mizellbildung

Mizellbildung

  • Spontane Assoziation von Tensidmolekülen oberhalb einer kritischen Tensidkonzentration

    (Kritsche MizellbildungsKonzentration

    KMK bzw. cmc)


Methoden zur cmc bestimmung

Methoden zur cmc Bestimmung

  • Grenzflächenspannungsmessung

  • Leitfähigkeitsmessung

  • Trübungsmessung


Krafft punkt bzw krafft temperatur

Krafft Punkt bzw. Krafft Temperatur

  • Die Temperatur, bei der die Auflösung des ungelösten Tensids durch die einsetzende Mizellbildung erfolgt


Form der mizellen

Form der Mizellen

  • kugelförmig

  • scheibenförmig

  • zylindrisch

  • lamellar

  • vesikelförmig

  • bikontinuierlich


Modelle zur beschreibung der mizellbildung

Modelle zur Beschreibung der Mizellbildung

  • 2-Phasenmodell

  • Assoziationsmodell


2 phasenmodell

2-Phasenmodell

  • Chemische Potentiale der Tensidmoleküle in der Wasser- und der Mizellphase sind gleich

     G°Miz = °(Mizelle) - °(LSM) = RT ln cmc


Assoziationsmodell

Assoziationsmodell

  • Die Freie Energie der Mizellbildung

    (  G°Miz) kann in Bezug zur Gleichgewichtskonstante Kn

    gesetzt werden

  •  G°Miz = - RT ln Kn


Kritischer packungsparameter v a l

Kritischer Packungsparameter (V / A L)

  • V – Volumen des hydrophoben Teils

  • A – Optimum der Kopfgruppenfläche

  • L – Kritische Länge des hydrophoben

    Schwanzes

    nach Israelachvili


Parameter zur beschreibung einer mizelle

Parameter zur Beschreibung einer Mizelle

  • Aggregationszahl n

  • Kritische Mizellbildungskonzentration (cmc)

  • Relaxationszeiten t1 ; t2


Zunahme der aggregationszahl

Zunahme der Aggregationszahl

  • mit zunehmender Kettenlänge

  • mit abnehmender Hydrophilie der Kopfgruppe

  • mit zunehmender Temperatur (Niotenside)

  • mit zunehmender Ionenstärke (ionische Tenside)

  • bei Zugabe von organischen Verbindungen


Cmc nimmt ab

cmc nimmt ab

  • Carboxylat > Sulfonat > Sulfat

  • Quaternäre N-Funktion > primäres Amin

  • Mit abnehmender Hydrophilie der Kopfgruppe


Abnahme der cmc mit zunehmender kettenl nge

Abnahme der cmc mit zunehmender Kettenlänge

log10 cmc = A – B nc

A, B – Konstanten

nc – Zahl der C-Atome in der Kette

Empir. Gleichung nach Klevens


Schnelle und langsame relaxation

Schnelle und langsame Relaxation

  • Schnelle Relaxation:

    Austausch von Monomer

  • Langsame Relaxation:

    Auf- und Abbau ganzer Mizellen


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