title: Molecular thermodynamic modeling of vesicles in aqueous-salt solutions of ionic surfactants
metadata.name: dc.contributor.advisor
metadata.value: Ванин Александр Александрович
metadata.lang: ru_RU
metadata.name: dc.contributor.advisor
metadata.value: Vanin Aleksandr Aleksandrovic
metadata.lang: en_GB
metadata.name: dc.contributor.author
metadata.value: Сорина Полина Олеговна
metadata.lang: ru_RU
metadata.name: dc.contributor.author
metadata.value: Sorina Polina Olegovna
metadata.lang: en_GB
metadata.name: dc.contributor.editor
metadata.value: Викторов Алексей Исмаилович
metadata.lang: ru_RU
metadata.name: dc.contributor.editor
metadata.value: Viktorov Aleksej Ismailovic
metadata.lang: en_GB
metadata.name: dc.date.accessioned
metadata.value: 2021-08-07T09:10:59Z
metadata.lang: -
metadata.name: dc.date.available
metadata.value: 2021-08-07T09:10:59Z
metadata.lang: -
metadata.name: dc.date.issued
metadata.value: 2021
metadata.name: dc.identifier.other
metadata.value: 046220
metadata.lang: en_GB
metadata.name: dc.identifier.uri
metadata.value: http://hdl.handle.net/11701/32222
metadata.lang: -
metadata.name: dc.description.abstract
metadata.value: Везикулы, представляющие собой замкнутые агрегированные бислойные структуры, образуются в растворах многих поверхностно-активных веществ (ПАВ) и блоксополимеров. Особенности строения позволяют везикулам выступать в качестве капсул и контейнеров для транспортировки веществ; системы с везикулами широко используются в бытовой химии, косметике и медицине. Моделирование образования везикул в растворах ПАВ, исходя из молекулярных характеристик, - актуальная фундаментальная проблема физической химии. Для везикул, содержащих ионные компоненты, важной характеристикой является трансмембранный электростатический потенциал, управляющий переносом подвижных зарядов через мембрану. В работе получено аналитическое выражение для трансмембранного потенциала, проведен анализ его поведения при изменении структурных параметров везикулы, солевого фона и кислотности окружающего везикулу раствора. Модифицирован электростатический вклад в стандартную свободную энергии агрегации классической молекулярно-термодинамической модели Нагаражана-Рукенштейна, с учетом эффекта регулирования заряда внутренней и внешней частей везикулы. Выявлено нетривиальное поведение трансмембранного потенциала при изменении солевого фона; дано физическое объяснение появления экстремума трансмембранного потенциала; предложены простые формулы, позволяющие определить условия экстремума. Решена сложная вычислительная задача моделирования образования стабильных везикул и установления их структурных характеристик в присутствии мицелл других морфологий в водно-солевых растворах катанионных ПАВ. С этой целью разработаны алгоритмы и программное обеспечение на языке FORTRAN, позволяющие решать уравнение материального баланса для известной суммарной брутто-концентрации ПАВ с учетом агрегативного равновесия в растворе, включающем монодисперсные сферические мицеллы, полидисперсные стержнеобразные мицелл и полидисперсные везикулы. С помощью разработанного программного обеспечения проведены расчеты для смесей классических ПАВ (C16TAB+SOS, DTAB+SDS) и для системы мицеллообразующая ионная жидкость (C16mimCl) + классическое ПАВ (SDBS). Выявлены закономерности, влияющие на размеры агрегатов, проведено сопоставление результатов с экспериментальными данными. Показано, что при среднем и умеренно высоком солевом фоне предлагаемая модель верно передает наблюдаемые тенденции агрегативного поведения растворов катанионных ПАВ.
metadata.lang: ru_RU
metadata.name: dc.description.abstract
metadata.value: Vesicles are closed aggregated bilayers that are formed in solutions of many surfactants and block copolymers. Because of their unique structure, vesicles are widely used as capsules and containers for the transport, storage and release of substances in domestic chemicals, cosmetics and medicine. Modeling the formation of vesicles based on molecular structure of surfactants is an important fundamental problem of physical chemistry. For the vesicles that contain ionic species, one of the key quantities is the transmembrane electrostatic potential that drives the transfer of the mobile charge across the membrane. In this work, an analytical expression for the transmembrane potential has been derived and its behavior has been studied as function of the structural parameters of the vesicle and the salinity and acidity of the surrounding aqueous solution. For the classical molecular-thermodynamic aggregation model of Nagarajan and Ruckenstein, the electrostatic part has been modified taking into account the regulation of charge between the inner and outer sides of the vesicle. A nontrivial behavior of the transmembrane potential as function of added salt has been demonstrated. Physical explanation is given for the appearance of the extrema of the transmembrane potential. Simple formulas are proposed to find the location of these extrema. For the application of the aggregation model developed in this work, a complex computational problem is solved: the formation of stable vesicles is established in the presence of competing aggregates of other morphologies in the aqueous solution that contains catanionic surfactants. The structural characteristics of these optimal vesicles are determined. The algorithms and FORTRAN software have been developed that perform the numerical solution of the coupled material balance and aggregation equilibrium equations for the mixture (of a given total surfactant concentration) that may contain monodisperse spherical micelles, polydisperse rodlike aggregates and polydisperse vesicles. This software is applied to model mixtures of classical surfactants (C16TAB+SOS, DTAB+SDS) and the mixture of a classical surfactant (SDBS) with a micelle-forming ionic liquid (C16mimCl). Factors that control the size-distribution of the aggregates are discussed. The results of modeling are compared with available experimental data. For the medium and moderately high salinity, the model developed in this work describes correctly the trends in the aggregation behavior of the catanionic surfactant solutions.
metadata.lang: en_GB
metadata.name: dc.language.iso
metadata.value: ru
metadata.name: dc.subject
metadata.value: везикулы
metadata.lang: ru_RU
metadata.name: dc.subject
metadata.value: молекулярно-термодинамическое моделирование
metadata.lang: ru_RU
metadata.name: dc.subject
metadata.value: трансмембранный потенциал
metadata.lang: ru_RU
metadata.name: dc.subject
metadata.value: мягкая материя
metadata.lang: ru_RU
metadata.name: dc.subject
metadata.value: поверхностно-активные вещества
metadata.lang: ru_RU
metadata.name: dc.subject
metadata.value: мицеллы
metadata.lang: ru_RU
metadata.name: dc.subject
metadata.value: vesicles
metadata.lang: en_GB
metadata.name: dc.subject
metadata.value: molecular-thermodynamic modeling
metadata.lang: en_GB
metadata.name: dc.subject
metadata.value: transmembrane potential
metadata.lang: en_GB
metadata.name: dc.subject
metadata.value: soft matter
metadata.lang: en_GB
metadata.name: dc.subject
metadata.value: surfactants
metadata.lang: en_GB
metadata.name: dc.subject
metadata.value: micelles
metadata.lang: en_GB
metadata.name: dc.title
metadata.value: Molecular thermodynamic modeling of vesicles in aqueous-salt solutions of ionic surfactants
metadata.lang: en_GB
metadata.name: dc.title.alternative
metadata.value: Молекулярно-термодинамическое моделирование образования везикул в водно-солевых растворах ионных поверхностно-активных веществ
metadata.lang: ru_RU
resources.filename: SorinaPO_VKR.pdf
resources.url: https://dspace.spbu.ru/bitstream/11701/32222/1/SorinaPO_VKR.pdf
resources.format: Adobe PDF
resources.description: Article
resources.size: 1,89 MB
resources.filename: reviewSV_otzyv_ruk_Sorina.pdf
resources.url: https://dspace.spbu.ru/bitstream/11701/32222/2/reviewSV_otzyv_ruk_Sorina.pdf
resources.format: Adobe PDF
resources.description: ReviewSV
resources.size: 173,97 kB