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Monomolekulare Filme

Unlösliche Grenzflächenfilme

Unlösliche Grenzflächenfilme werden aus amphiphilen Verbindungen gebildet, die sich in der darunterliegenden Flüssigkeit (Subphase, oft Wasser) nicht lösen. Unlösliche Grenzflächenfilme besitzen Eigenschaften, die denen biologischer Membranen ähneln. Sie werden daher in großem Umfang als Modellsysteme zur Untersuchung von Membranprozessen verwendet.

Eine in Wasser praktisch unlösliche, grenzflächenaktive Substanz wird in einem leicht flüchtigen, organischen Lösemittel gelöst. Bringt man einige Tropfen dieser Lösung auf eine Wasser/Luft-Grenzfläche auf, so breitet sich die Substanz gleichmäßig auf der Wasseroberfläche aus. Dieser Vorgang wird als Spreitung bezeichnet. Nach der Verdampfung des Lösemittels verbleibt ein monomolekularer Film des Amphiphils auf der Wasseroberfläche zurück. Solche Oberflächenschichten mit einer Dicke von nur einer Moleküllage, werden als Monolagen oder Langmuir-Schichten bezeichnet.

Monomolekulare Filme
Monomolekulare Filme setzen die Oberflächenspannung des Systems herab. Je höher die Oberflächenkonzentration der Moleküle im Film ist, desto stärker wird die Oberflächenspannung herabgesetzt.

Ein monomolekularer Film verhält sich bei kleinen Oberflächenkonzentrationen wie ein zweidimensionales ideales Gas. Die Tensidmoleküle befinden sich frei beweglich auf der Oberfläche in thermischer Bewegung, haben jedoch nur zwei Translationsfreiheitsgrade. Ebenso, wie ein Gas einen Druck auf eine Gefäßwand ausübt, übt der Oberflächenfilm einen Oberflächenfilmdruck auf seine Begrenzungen aus. Für den Filmdruck π gilt eine dem idealen Gasgesetz analoge zweidimensionale Beziehung.

π A = n R T

Der Filmdruck π ist definiert als die Differenz aus den Grenzflächenspannungen der reinen Subphase γ 0 und der mit dem Oberflächenfilm bedeckten Subphase γ .

π = γ 0 - γ

Er hat die Dimension einer Energie pro Fläche bzw. Kraft pro Länge und die Einheit

[ π ] = 1 N m-1
Filmdruck
Je höher die Oberflächenkonzentration des monomolekularen Films ist, desto höher ist der Filmdruck π .
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