Application of Topological Indices in Estimating of the CMC Value for Surfactants in Aqueous Solutions

• Autorzy: Ryszard Zieliński

Warianty tytułu

Zastosowanie indeksów topologicznych do szacowania wartości CMC dla surfaktantów w roztworach wodnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Surface active agents (surfactants) are chemical structures consisting of two main parts: a polar head group and a nonpolar hydrophobic chain frequently called as the surfactant's tail. In this work we have used topological indices such as Wiener's number to describe the thermodynamic properties of surfactants in aqueous solutions. We have applied Wiener's number for various ionic surfactants including both anionics and cationics. It was found that for changes in structure of the hydrophobic moiety of the surfactant isomers with constant total number of carbon atoms in the alkyl chain the value of logarithm CMC is a linear function of Wiener's number. It was experimentally found for a homologue series of surfactants that the value of logarithm CMC is an exponential function of Wiener's number with the exponent equal to 2/3 and it is invertially proportional to the total number of carbon atoms in the surfactant's hydrophobic moiety. Those findings can be applied for prediction of numerical values of CMC for unknown isomers of ionic surfactants. (original abstract)

Związki powierzchniowo czynne (surfaktanty) są połączeniami chemicznymi, które składają się z dwóch głównych części: głowy polarnej i niepolarnego łańcucha hydrofobowego zwanego ogonem surfaktantu. W niniejszej pracy zastosowano indeksy topologiczne takie jak liczba Wienera w celu opisania termodynamicznych właściwości surfaktantów w roztworach wodnych. Wartości liczby Wienera użyto do opisu różnych surfaktantów jonowych zarówno anionowych, jak i kationowych. Stwierdzono, że dla zmian w strukturze hydrofobowej części izomerów surfaktantów o stałej całkowitej liczbie atomów węgla w łańcuchu alkilowym wartość logarytmu CMC jest liniową funkcją liczby Wienera. Doświadczalnie wykazano, że dla szeregów homologicznych surfaktantów wartość logarytmu CMC jest potęgową funkcją liczby Wienera z wykładnikiem równym 2/3 oraz że jest odwrotnie proporcjonalny do liczby atomów węgla obecnych w łańcuchu hydrofobowym cząsteczki surfaktantu. Te stwierdzenia mogą być zastosowane do przewidywania wartości liczbowych CMC nieznanych izomerów surfaktantów jonowych. (abstrakt oryginalny)

Słowa kluczowe

EN

Industrial commodities; Domestic detergents; Surfactants; Product research; Physicochemical property

PL

Towaroznawstwo przemysłowe; Chemia gospodarcza; Substancje powierzchniowo czynne; Badania wyrobów; Właściwości fizykochemiczne

• Czasopismo: Towaroznawcze Problemy Jakości
• Rocznik: 2015
• Numer: nr 2
• Strony: 101--110

Twórcy

autor

Ryszard Zieliński

• Poznań University of Economics, Poland

Bibliografia

• [1] Birdi K.S. (2009) Handbook of surface and colloid chemistry. 3rd ed., Taylor & Francis Group, LLC, Boca Raton.
• [2] Farn R.J. (2006) Chemistry and technology of surfactants. Blackwell Publishing Ltd., Oxford.
• [3] Goodwin J.W. (2004) Colloids and interfaces with surfactants and polymers - An introduction. John Wiley & Sons, Ltd. Chichester.
• [4] Holmberg K., Jönsson B., Kronberg B., Lindman B. (2003) Surfactants and polymers in aqueous solution. 2nd ed., John Wiley and Sons Ltd., Chichester.
• [5] Israelachvili J.N. (2011) Intermolecular and surface forces. 3rd ed. Academic Press, Amsterdam.
• [6] Kaneshina R., Tanaka M., Tomida T., Matuura R. (1974) Micelle formation of sodium alkylsulfate under high pressures. Journal of Colloid and Interface Science, 48, 450-460.
• [7] Kwaśniewska D., Staszak K., Wieczorek D., Zieliński R. (2015) Synthesis and interfacial activity of novel heterogemini sulfobetaines in aqueous solution. Journal of Surfactants and Detergents, 18, 477-486.
• [8] Miller C.A., Neogi P. (2008) Interfacial phenomna. Equilibrium and dynamic effects. 2nd ed. CRC Press Taylor & Francis Group, Boca Raton.
• [9] Mukerjee P., Mysels K.J. (1971) Critical micelle concentrations of aqueous surfactant systems. National Bureau of Standards, Washington.
• [10] Myers D. (2006) Surfactant science and technology. 3rd ed. John Wiley and Sons Inc. Hoboken, New Jersey.
• [11] Qu G., Cheng J., Wei J., Yu T., Ding W., Luan H. (2010) Synthesis, characterization and surface properties of series sulfobetaine surfactants. Journal of Surfactants and Detergents, 14, 31-35.
• [12] Randic M. (1996) Molecular bonding profiles. Journal of Mathematical Chemistry, 19, 375-392.
• [13] Rosen M.J., Kunjappu J.T. (2012) Surfactants and interfacial phenomena. 4th ed., John Wiley and Sons Inc., Hoboken, New Jersey.
• [14] Staszak K., Wieczorek D., Zieliński R. (2013) Synthesis and interfacial activity of novel sulfobetaines in aqueous solutions. Tenside Surfactants Detergents, 50, 45-51.
• [15] Tadros T.F. (2005) Applied surfactants. Principles and applications. Wiley-VCH Verlag, Weinheim.
• [16] Todeschini R., Consonni V. (2000) Handbook of molecular descriptors, [in:] Mannhold R., Kubinyi H., Timmerman H. (eds.) Methods and principles in medicinal chemistry. Vol. 11, Wiley-VCH Verlag, Weinheim.
• [17] Van Os N.M., Daane Ms.G.J., Bolsman T.A.B.M. (1987) The effect of chemical structure upon the thermodynamics of micellization of model alkylarenesulphonates. I. Sodium p-(x-decylbenzenesulphonate) isomers. Journal of Colloid and Interface Science, 115, 402-409.
• [18] Wydro P., Paluch M. (2005) A study of the interaction of dodecyl sulfobetaine with cationic and anionic surfactant in mixed micelles and monolayers at the air/water interface. Journal of Colloid and Interface Science, 286, 387-391.
• [19] Yan S. (1988) Application of distance matrix in research of surfactants. I. Micelle formation. 6th International Conference on Surface and Colloid Science, Sengokubara Height Hakone, Japan. June 5-10, 1988, Abstracts 2E42, p. 414.
• [20] Zieliński R., Ikeda S., Nomura H., Kato S. (1989) Effect of temperature on micelle formation in aqueous solutions of alkyltrimethylammonium bromides. Journal of Colloid and Interface Science, 129, 175-184.
• [21] Zieliński R. (2013) Surfaktanty, budowa, właściwości, zastosowania (Surfactants: structure, properties, applications). 2nd ed. Wydawnictwo Uniwersytetu Ekonomicznego w Poznaniu (in Polish).