Concentración micelar crítica

En química coloidal y de superficies , la concentración micelar crítica ( CMC ) se define como la concentración de surfactantes por encima de la cual se forman micelas y todos los surfactantes adicionales agregados al sistema formarán micelas. ^[1]

La CMC es una característica importante de un surfactante. Antes de alcanzar la CMC, la tensión superficial cambia fuertemente con la concentración del surfactante. Después de alcanzar la CMC, la tensión superficial permanece relativamente constante o cambia con una pendiente menor. El valor de la CMC para un dispersante dado en un medio dado depende de la temperatura, la presión y (a veces fuertemente) de la presencia y concentración de otras sustancias activas superficiales y electrolitos . Las micelas solo se forman por encima de la temperatura micelar crítica . ^{[ cita requerida ]}

Por ejemplo, el valor de CMC para el dodecil sulfato de sodio en agua (sin otros aditivos ni sales) a 25 °C, presión atmosférica, es 8x10 ⁻³ mol/L. ^[2]

Al introducir surfactantes (o cualquier material tensioactivo) en un sistema, inicialmente se dividirán en la interfaz , reduciendo la energía libre del sistema al: ^{[ cita requerida ]}

1. reduciendo la energía de la interfaz (calculada como área por tensión superficial), y
2. eliminar las partes hidrófobas del surfactante del contacto con el agua.

Posteriormente, cuando la cobertura de la superficie por los surfactantes aumenta, la energía libre de la superficie (tensión superficial) disminuye y los surfactantes comienzan a agregarse en micelas, disminuyendo así nuevamente la energía libre del sistema al disminuir el área de contacto de las partes hidrofóbicas del surfactante con el agua. ^[4] Al alcanzar la CMC, cualquier adición adicional de surfactantes solo aumentará el número de micelas (en el caso ideal). ^{[ cita requerida ]}

Según una definición bien conocida, CMC es la concentración total de surfactantes en las condiciones: ^[5]

si C = CMC, (d ³ /d C _t ³ ) = 0${\estilo de visualización \phi}$

${\estilo de visualización \phi}$= A [ C _s ] + B [ C _m ]; es decir, en palabras C _s = [ion surfactante único], C _m = [micelas] y A y B son constantes de proporcionalidad

C _t = C _s + NC _m ; es decir, N = representa el número de iones detergentes por micela

La CMC generalmente depende del método de medición de las muestras, ya que A y B dependen de las propiedades de la solución, como la conductancia , las características fotoquímicas o la tensión superficial . Cuando el grado de agregación es monodisperso , entonces la CMC no está relacionada con el método de medición. Por otro lado, cuando el grado de agregación es polidisperso , entonces la CMC está relacionada tanto con el método de medición como con la dispersión. ^{[ cita requerida ]}

El procedimiento común para determinar la CMC a partir de datos experimentales es buscar la intersección ( punto de inflexión ) de dos líneas rectas trazadas a través de gráficos de la propiedad medida versus la concentración de surfactante. Este método de análisis visual de datos es altamente subjetivo y puede conducir a valores de CMC muy diferentes dependiendo del tipo de representación, la calidad de los datos y el intervalo elegido alrededor de la CMC. ^[6] Un método preferido es el ajuste de los datos experimentales con un modelo de la propiedad medida. Se han presentado funciones de ajuste para propiedades como conductividad eléctrica, tensión superficial, desplazamientos químicos de RMN, absorción, coeficientes de autodifusión, intensidad de fluorescencia y coeficiente de difusión traslacional medio de colorantes fluorescentes en soluciones de surfactantes. ^{[7] [8] [9]} Estas funciones de ajuste se basan en un modelo para las concentraciones de surfactantes monoméricos y micelizados en solución, que establece una definición analítica bien definida de la CMC, independientemente de la técnica.

La CMC es la concentración de surfactantes en la masa a la que comienzan a formarse las micelas. La palabra masa es importante porque los surfactantes se reparten entre la masa y la interfase y la CMC es independiente de la interfase y, por lo tanto, es una característica de la molécula de surfactante. En la mayoría de las situaciones, como las mediciones de tensión superficial o de conductividad, la cantidad de surfactante en la interfase es insignificante en comparación con la de la masa y la CMC se puede aproximar por la concentración total. En la práctica, los datos de CMC se suelen recopilar utilizando instrumentos de laboratorio que permiten automatizar parcialmente el proceso, por ejemplo, utilizando tensiómetros especializados . ^{[ cita requerida ]}

Cuando las áreas interfaciales son grandes, no se puede despreciar la cantidad de surfactante en la interfaz. Si, por ejemplo, se introducen burbujas de aire en una solución de un surfactante por encima de la CMC, estas burbujas, a medida que suben a la superficie, eliminan los surfactantes de la masa hacia la parte superior de la solución creando una columna de espuma y reduciendo así la concentración en la masa por debajo de la CMC. Este es uno de los métodos más fáciles para eliminar surfactantes de los efluentes (ver flotación de espuma). Por lo tanto, las espumas con suficiente área interfacial están desprovistas de micelas. Un razonamiento similar se aplica a las emulsiones . ^{[ cita requerida ]}

La otra situación se presenta en los detergentes . Se comienza inicialmente con concentraciones mayores que la CMC en agua y al agregar tela con un área interfacial grande, la concentración de surfactante cae por debajo de la CMC y no quedan micelas en equilibrio. Por lo tanto, la solubilización juega un papel menor en los detergentes. La eliminación de la suciedad aceitosa ocurre mediante la modificación de los ángulos de contacto y la liberación de aceite en forma de emulsión. ^{[ cita requerida ]}

En la industria petrolera, se considera la CMC antes de inyectar surfactante en el yacimiento en relación con la aplicación de recuperación mejorada de petróleo (EOR). Por debajo del punto de CMC, la tensión interfacial entre la fase de petróleo y agua ya no se reduce de manera efectiva. ^[10] Si la concentración del surfactante se mantiene un poco por encima de la CMC, la cantidad adicional cubre la disolución con la salmuera existente en el yacimiento. Se desea que el surfactante funcione a la tensión interfacial (IFT) más baja. ^{[ cita requerida ]}

• Detergente
• Micela
• Tensión superficial
• Surfactante

• Teoría de la medición de CMC
• CMC y pesos moleculares de varios detergentes en OpenWetWare