Журнал физической химии, 2020, T. 94, № 9, стр. 1432-1433

Известно, что коллоидные поверхностно-активные вещества (ПАВ) в мономерной форме ахиральны и обладают низкой молекулярной растворимостью. Однако с увеличением концентрации их молекул в растворе начинают протекать агрегативные процессы, приводящие к образованию предмицеллярных комплексов, обладающих хиральностью. Так, авторы работ [1, 2], изучавшие оптическое вращение водных растворов коллоидных ПАВ разного типа (анионного додецилсульфата натрия, катионного бромида гексадецилтриметиламмония и неиногенного полиоксиэтилен(4)моно-н-додецилового эфира), установили, что в области критической концентрации мицеллообразования (ККМ) оптическая активность данных веществ изменяется через максимум и затем снижается до некоторого почти постоянного уровня. По их мнению, снижение оптической активности соответствует завершению формирования полных сферических мицелл. В то же время авторы отмечали, что исследованное ими неионогенное ПАВ додеканоил-N-метилглюкамид оказался оптически не активным, а все оптически активные ПАВ имели положительное (правое) вращение плоскости поляризации.

В данной работе изучена оптическая активность мицеллярных водных растворов неионогенного поверхностно-активного вещества Тритон X-100. Растворы для анализа готовили из коммерческого препарата Triton X-100 фирмы SIGMA-ALDRICH последовательным разбавлением 5.12 × 10^–2 моль/л раствора деионизованной водой, полученной на приборе “Водолей”. Критические концентрации мицеллообразования (ККМ₁ и ККМ₂) определяли кондуктометрическим методом на приборе Мультитест КСЛ. При 22°C они составили соответственно 1.72 × 10^–4 и 3.2 × 10^–3 моль/л [3]. Измерение угла вращения плоскости поляризации осуществляли с помощью кругового поляриметра СМ-3 при толщине слоя раствора, равной 1 дм, и длине волны света λ = 589 нм. Чувствительность поляриметра – 0.04°, погрешность в диапазоне от 0° до ±35° не более ±0.04°.

На рис. 1 представлена зависимость оптического вращения растворов от концентрации Тритона X-100. Видно, что для данного НПАВ не соблюдается закон Ж.Б. Био о линейной зависимости угла поворота плоскости поляризации от концентрации оптически активного вещества. Так же, как и авторы [1, 2], отмечаем экстремальное изменение оптической активности растворов в области ККМ. В нашем случае максимум оптического вращения соответствует концентрации НПАВ, равной 4 × 10^–4 моль/л. Рост оптической активности свидетельствует о возникновении хиральных домицеллярных комплексов. По мере формирования мицелл их концентрация уменьшается, и оптическое вращение растворов снижается. При концентрации НПАВ 3.2 × 10^–3 моль/л раствор становится ахиральным. Дальнейшее увеличение концентрации НПАВ приводит к появлению незначительной оптической активности растворов и затем резкому ее росту. При концентрациях (1.28–5.12) × 10^–2 моль/л оптическая активность плавно изменяется с увеличением концентрации НПАВ.

Рис. 1.

Зависимость оптического вращения от концентрации Тритона X-100 в растворе при 22°C.

Анализируя полученные результаты, можно заключить, что резкие изменения оптического вращения растворов Тритона X-100 с ростом концентрации могут быть обусловлены структурными превращениями его мицелл. Так, при концентрациях НПАВ незначительно превышающих ККМ₁, образуются нематические коллоидные системы, состоящие из эллипсоидальных мицелл [4], внутренняя часть которых состоит из переплетающихся углеводородных радикалов, а внешняя часть образована гидратированными полярными группами. При второй критической концентрации ККМ₂ формирование полных мицелл заканчивается, и начинает образовываться, вероятнее всего, лиотропная гексагональная жидкокристаллическая мезофаза [5]. В этот момент раствор оптически неактивен. Дальнейший рост концентрации хиральных жидкокристаллических ассоциатов сопровождается незначительным увеличением оптического вращения. И, наконец, резкое увеличение оптической активности можно отнести к формированию сплошной лиотропной гексагональной фазы.

Таким образом, исследованное нами НПАВ вращает плоскость поляризации плоскополяризованного света в правую сторону. Оптическая активность его растворов обусловлена появлением хиральных домицеллярных комплексов, жидкокристаллических ассоциатов и лиотропной гексагональной мезафазы. Так же, как и для других ранее исследованных коллоидных растворов ПАВ (анионного додецилсульфата натрия, катионного бромида гексадецилтриметиламмония и неиногенного полиоксиэтилен(4)моно-н-додецилового эфира) оптическая активность растворов Тритона X-100 возникает выше точки Крафта и на концентрационном графике характеризуется выраженным максимумом в районе ККМ₁.