Le soluzioni colloidali micellari, dette anche colloidi di associazione, sono colloidi liofili e pertanto dispersi nel mezzo in cui formano soluzioni colloidali stabili nel tempo.
Esempi classici dei sistemi colloidali sono i saponi e i detergenti sintetici. I saponi e i detergenti, sono infatti formati da una testa idrofila e una coda idrofoba.
A causa della loro coda idrofoba, una parte delle molecole si raccoglie sulla superficie dell'acqua formando uno strato monomolecolare che ne abbassa la tensione superficiale e ne facilita la penetrazione nei tessuti da lavare. All'interno dell'acqua, le molecole di detersivo si raccolgono in micelle e membrane, piccoli aggregati di molecole, unite per la coda idrofoba.
Formazione
Le soluzioni colloidali micellari si formano quando, in condizioni di temperatura uguale o superiore alla temperatura di Krafft, la concentrazione del tensioattivo raggiunge un certo livello critico denominato concentrazione micellare critica. La temperatura di Krafft rappresenta, infatti, un ristretto intervallo di temperatura al di sopra del quale la solubilità del tensioattivo aumenta nettamente. A tale valore di temperatura la solubilità diviene uguale alla concentrazione micellare critica ed è quindi possibile la formazione di micelle.
La differenza tra colloidi molecolari e colloidi micellari è dovuta non solo al fatto che nei primi le particelle disperse sono grosse molecole solvatate isolate, mentre nei secondi sono aggregati di molecole (micelle), ma anche al fatto che nelle macromolecole, i gruppi liofili si trovano uniformemente distribuiti su di esse, mentre nelle micelle esiste una netta separazione tra parte liofila e parte liofoba.
Il gruppo liofobo è costituito da una lunga catena idrocarbonica, tipo CH3(CH2)n– , mentre quello liofilo è costituito da un gruppo ionico, tipo –COO– come nei saponi, oppure SO3– o ≡N+ come in alcuni detergenti sintetici, o può essere costituito da un gruppo polare del tipo –(CH2-CH2O)n-CH2-CH2OH come in altri detergenti sintetici.
I gruppi ionici, -COO–, SO3–, ≡N+ si originano in seguito alla ionizzazione dei saponi e dei detergenti sintetici che, essendo dei Sali, una volta disciolti in acqua si comportano da veri e propri elettroliti. Ad esempio, sciogliendo in acqua un sapone costituito da stearato di sodio si ha:
CH3 – ( CH2 )16 – COO- Na+
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Gruppo idrofobo Gruppo idrofilo
Analogamente, sciogliendo in acqua un detergente sintetico, costituito da lauril-solfato di sodio, oppure da cloruro di lauriltrimetilammonio, si ha rispettivamente:
CH3 – ( CH2 )10 – CH2– O- SO3– Na+
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Gruppo idrofobo Gruppo idrofilo
(C12H25) – ( CH3)3 -N+ Cl–
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Gruppo idrofobo Gruppo idrofilo
Formazione di micelle
La formazione delle micelle da parte di queste sostanze, una volta che sono state disperse in acqua, viene spiegata ammettendo che la lunga catena idrocarbonica delle loro molecole, non avendo affinità per il solvente, si introduce nelle piccole cavità esistenti tra le molecole di acqua che si sono formate per i legami a idrogeno contratti tra queste molecole.
L'introduzione di una catena idrofoba in questi piccoli spazi vuoti, provoca la rottura dei legami a idrogeno delle molecole di acqua che formano la cavità con il che se ne forma una più grande che è capace di ospitare altre catene idrofobe che si raccolgono e si tengono unite le une alle altre con forze di van der Waals.
La parte idrofila, d'altra parte si forma dai gruppi ionici o polari legati ai grappoli di catene idrocarboniche contenute in ciascuna micella. Tali gruppi idrofili, data la loro affinità per le molecole di acqua, si idratano e si orientano verso la fase acquosa
Le molecole dei saponi e di parte dei detergenti sintetici sono ionizzate. Ne consegue che le micelle hanno una carica o tutta positiva o tutta negativa. Ciò può essere confermato sottoponendo all'azione di un campo elettrico le loro soluzioni acquose.
Micelle
In funzione della carica elettrica delle micelle si distinguono:
a) Micelle anioniche ovvero aventi carica negativa come ad esempio quelle formate dallo stearato di sodio sciolto in acqua
b) Micelle cationiche ovvero aventi carica positiva come quelle formate dal cloruro di lauriltrimetilammonio sciolto in acqua
Infine se il colloide non è un elettrolita e cioè le sue molecole non sono ionizzabili, non possedendo alcuna carica elettrica, vengono dette non ioniche. Quest'ultimo caso è verificato per alcuni detergenti sintetici come, ad esempio, lo stearato di polietilenglicole:
(C17H25) –CO- O- (CH2-CH2O)n –CH2– CH2OH
La stabilità dei colloidi micellari, sia ionici sia non ionici, è dovuta essenzialmente a due fattori: la carica elettrica della micella e l'idratazione dei suoi gruppi polari o ionici. E' ovvio che nel caso di colloidi non ionici, l'unico fattore di stabilità è l'idratazione dei gruppi polari delle micelle. In ogni caso, la carica elettrica e/o l'idratazione dei gruppi idrofili, impediscono il contatto diretto delle micelle che, non potendo aggregarsi e quindi flocculare, rimangono stabilmente disperse in un mezzo acquoso.
