It is known that most of amphiphilc molecules show a phase transition from monolayer to trilayer, not bilayer, when they are compressed at an air-water interface. However, the reason why they form a trilayer is not thoroughly investigated. In this Monte Carlo simulation study, we suggest that a monolayer-trilayer phase transition is due to water molecules accompanied by the amphiphilic molecule in the upper part of the layer. An amphiphilic molecule was modeled as consisting of two parts, hydrophilic and hydrophobic parts, and the amount of water accompanied by the amphiphilic molecule was assumed to be exponentially decaying with the height. Lennard-Jones interaction was used as interactions between molecules. From the simulation results, it was found that the odd-numbered layer is stable because of the hydrophobic effect and surface tension of the water. Further simulations show that as more water is accompanied by the molecules in the higher floor of the layer the odd-numbered layer becomes more stable and so the internal ordering of molecules does. The calculated π-A isotherm is consistent with previous experimental results and suggests that the transition is first-order.
대부분의 양친성 분자들이 물-공기 경계면에서 압축될 때 단분자층에서 두분자층이 아닌 세분자층으로 상변화를 한다는 것은 잘 알려진 사실인데 실험적인 측면이나 이론적인 측면에서 이 원인에 대한 연구가 체계적으로 이루어지지 않았다. 이 논문에서는 세분자층으로의 상변화가 양친성 분자가 분자층의 위쪽으로 올라갈 때 친수성 부분에 동반된 물에 의한 것으로 보고 시뮬레이션을 해 보았다. 양친성 분자가 두 부분, 친수성 부분과 소수성 부분으로 이루어진 단순한 분자 모델을 도입하고 분자들 사이의 상호작용은 Lennard-Jones potential을 따랐다. 친수성 부분에 동반된 물의 양은 층의 높이가 높아짐에 따라 지수적으로 감소한다고 가정되었다. 시뮬레이션 결과 물의 강한 소수 작용과 표면 장력 때문에 물이 더 높은 분자층으로 따라 올라갈수록 홀수 개의 분자로 이루어진 홀수분자층이 더 안정되어지고 이웃한 분자층끼리 서로 다른 분자방향을 갖는 내부 구조도 더 안정되어짐을 알 수 있었다, 계산으로 구해진 π - A istotherm은 실험에서 얻은 것과 동일한 결과를 주어 분자간 상호작용에 대한 가정의 타당성을 보여 주었고 세분자층으로의 상변화가 first-order임을 알려 주었다.
