Una monocapa es una sola capa, estrechamente empacado de átomos , moléculas , [1] o células. En algunos casos, se denomina monocapa autoensamblada . Las monocapas de cristales en capas como el grafeno y el disulfuro de molibdeno se denominan generalmente materiales 2D .
Química
A Langmuir monocapa o monocapa insoluble es una capa gruesa de una sola molécula de un propagación material orgánico insoluble en un acuosa sub fase en una artesa de Langmuir-Blodgett . Los compuestos tradicionales utilizados para preparar monocapas de Langmuir son materiales anfifílicos que poseen un grupo de cabeza hidrófilo y una cola hidrófoba . Desde la década de 1980, se han empleado una gran cantidad de otros materiales para producir monocapas de Langmuir, algunas de las cuales son semi-anfifílicas, incluidas nanopartículas poliméricas, cerámicas o metálicas y macromoléculas como polímeros . Las monocapas de Langmuir se estudian ampliamente para la fabricación de películas Langmuir-Blodgett (películas LB), que se forman mediante monocapas transferidas sobre un sustrato sólido. Una monocapa de Gibbs o monocapa soluble es una monocapa formada por un compuesto que es soluble en una de las fases separadas por la interfaz en la que se forma la monocapa.
Tiempo de formación
El tiempo de formación de la monocapa o el tiempo de la monocapa es el período de tiempo requerido, en promedio, para que una superficie esté cubierta por un adsorbato, como el oxígeno que se adhiere al aluminio fresco. Si el adsorbato tiene un coeficiente de adherencia unitario , de modo que cada molécula que llega a la superficie se adhiere a él sin volver a evaporarse, entonces el tiempo de la monocapa es muy aproximado:
donde t es el tiempo y P es la presión. Se tarda aproximadamente 1 segundo en cubrir una superficie a una presión de 300 µPa (2 × 10 −6 Torr).
Fases monocapa y ecuaciones de estado
Una monocapa de Langmuir se puede comprimir o expandir modificando su área con una barrera móvil en una balanza de película de Langmuir. Si se mide la tensión superficial de la interfaz durante la compresión, se obtiene una isoterma de compresión . Esta isoterma muestra la variación de la presión superficial (, dónde es la tensión superficial de la interfaz antes de que se forme la monocapa) con el área (la inversa de la concentración superficial ). Es análogo a un proceso 3D en el que la presión varía con el volumen .
Se pueden detectar una variedad de fases bidimensionales , cada una separada por una transición de fase . Durante la transición de fase, la presión de la superficie no cambia, pero el área sí, al igual que durante las transiciones de fase normales, el volumen cambia pero la presión no. Las fases 2D, en orden de presión creciente:
- Gas bidimensional: hay pocas moléculas por unidad de área, y tienen pocas interacciones, por lo tanto, se pueden usar ecuaciones de estado análogas para los gases 3D: ley de los gases ideales, dónde es el área por mol. A medida que aumenta la presión superficial, se necesitan ecuaciones más complejas (Van der Waals, virial ...)
- Líquido expandido
- Liquido comprimido
- Sólido
Si el área se reduce aún más una vez que se ha alcanzado la fase sólida, se produce el colapso, la monocapa se rompe y se forman agregados solubles y multicapas.
Las monocapas de Gibbs también siguen ecuaciones de estado, que se pueden deducir de la isoterma de Gibbs .
- Para soluciones muy diluidas , a través de la isoterma de Gibbs se alcanza otra análoga de la ley de los gases ideales
- Para soluciones más concentradas y aplicación de isoterma de Langmuir , por lo tanto
Aplicaciones
Las monocapas tienen una multitud de aplicaciones tanto en las interfases aire-agua como aire-sólido.
Pueden usarse monocapas de nanopartículas para crear superficies funcionales que tengan, por ejemplo, propiedades antirreflectantes o superhidrófobas. [2] [3]
Las monocapas se encuentran con frecuencia en biología . Una micela es una monocapa, y la estructura bicapa de fosfolípidos y lípidos de las membranas biológicas es técnicamente dos monocapas. Las monocapas de Langmuir se utilizan comúnmente para imitar la membrana celular para estudiar los efectos de productos farmacéuticos o toxinas. [4]
En el cultivo celular, una monocapa se refiere a una capa de células en la que ninguna célula crece una encima de otra, pero todas crecen una al lado de la otra y, a menudo, se tocan entre sí en la misma superficie de crecimiento.
Ver también
Referencias
- ^ Ter Minassian-Saraga, L. (1994). "Películas delgadas que incluyen capas: terminología en relación con su preparación y caracterización (Recomendaciones de la IUPAC 1994)" (PDF) . Química pura y aplicada . 66 (8): 1667-1738 (1672). doi : 10.1351 / pac199466081667 . S2CID 95035065 .
- ^ "Recubrimientos funcionales de nanoescala y nanopartículas - Biolin Scientific" . Biolin Scientific . Consultado el 3 de agosto de 2017 .
- ^ "Influencia de la separación térmica del ácido oleico en las propiedades de las soluciones Quantum Dots y optoelectrónicas de sus monocapas Langmuir - BioNanoScience". BioNanoScience . doi : 10.1007 / s12668-017-0412-4 .
- ^ "Interacciones de biomoléculas en modelos de membrana celular" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 3 de agosto de 2017 . Consultado el 3 de agosto de 2017 .
enlaces externos
- "Monocapa" . Compendio de terminología química de la IUPAC . Goldbook . IUPAC . 2009. doi : 10.1351 / goldbook.M04015 . ISBN 978-0-9678550-9-7.
- Monocapa
- Irving Langmuir demostrando la preparación de monocapas sobre una superficie de agua; Película de 1939 (Youtube)