临界胶束浓度

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在胶体和表面化学中,临界胶束浓度(CMC)定义为表面活性剂的浓度,高于该浓度胶束形成,添加到系统中的所有其他表面活性剂将形成胶束。 CMC是表面活性剂的重要特性。在达到CMC之前,表面张力会随着表面活性剂的浓度而发生强烈变化。达到CMC后,表面张力保持相对恒定或以较低的斜率变化。给定介质中给定分散剂的CMC值取决于温度、压力和(有时强烈)其他表面活性物质和电解质的存在和浓度。胶束仅在高于临界胶束温...

临界胶束浓度

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胶体和表面化学中,临界胶束浓度 (CMC) 定义为表面活性剂的浓度,高于该浓度胶束形成,添加到系统中的所有其他表面活性剂将形成胶束。

CMC是表面活性剂的重要特性。 在达到 CMC 之前,表面张力会随着表面活性剂的浓度而发生强烈变化。 达到CMC后,表面张力保持相对恒定或以较低的斜率变化。 给定介质中给定分散剂的 CMC 值取决于温度、压力和(有时强烈)其他表面活性物质和电解质的存在和浓度。 胶束仅在高于临界胶束温度时形成。

例如,在 25°C 大气压下,十二烷基硫酸钠在水中(不含其他添加剂或盐)的 CMC 值为 8x10−3 mol/L。

描述

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将表面活性剂(或任何表面活性材料)引入系统后,它们最初会分配到界面中,通过以下方式降低系统自由能:

  • 降低界面能量(以面积乘以表面张力计算),以及
  • 去除表面活性剂与水接触的疏水部分。

随后,当表面活性剂的表面覆盖率增加时,表面自由能(表面张力)降低,表面活性剂开始聚集成胶束,从而通过减少表面活性剂的疏水部分与 水。 达到 CMC 后,任何进一步添加的表面活性剂只会增加胶束的数量(在理想情况下)。

根据一个众所周知的定义,CMC 是以下条件下表面活性剂的总浓度:

如果 C = CMC,(d3 ϕ {\displaystyle \phi } /dCt3) = 0ϕ {\displaystyle \phi } = A[Cs] + B[Cm]; 即,换言之,Cs = [单一表面活性剂离子],Cm = [胶束],A 和 B 是比例常数 Ct = Cs + NCm; 即,N = 代表每个胶束的洗涤剂离子数

测量

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CMC 通常取决于测量样品的方法,因为 A 和 B 取决于溶液的性质,例如电导率、光化学特性或表面张力。 当聚集度为单分散时,则 CMC 与测量方法无关。 另一方面,当聚集度为多分散时,则CMC与测量方法和分散度均相关。

从实验数据确定 CMC 的常用程序是寻找两条直线的交点(拐点),这些直线通过测量的特性与表面活性剂浓度的关系图绘制。 这种可视化数据分析方法具有很强的主观性,根据表示类型、数据质量和 CMC 周围所选间隔的不同,可能会导致非常不同的 CMC 值。 一种优选的方法是将实验数据与测量特性的模型进行拟合。 介绍了表面活性剂溶液中荧光染料的电导率、表面张力、NMR 化学位移、吸收、自扩散系数、荧光强度和平均平移扩散系数等特性的拟合函数。 这些拟合函数基于溶液中单体和胶束化表面活性剂浓度的模型,该模型建立了明确定义的 CMC 分析定义,与技术无关。

CMC 是胶束开始形成时本体中表面活性剂的浓度。 本体这个词很重要,因为表面活性剂在本体和界面之间分配,而 CMC 独立于界面,因此是表面活性剂分子的一个特征。 在大多数情况下,例如表面张力测量或电导率测量,与本体中的表面活性剂相比,界面处的表面活性剂的量可以忽略不计,CMC 可以用总浓度近似计算。 在实践中,CMC 数据通常是使用允许过程部分自动化的实验室仪器收集的,例如通过使用专门的张力计。

临界胶束浓度

实际考虑

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当界面面积较大时,界面表面活性剂的用量不容忽视。 例如,如果将气泡引入高于 CMC 的表面活性剂溶液中,这些气泡在上升到表面时会将表面活性剂从主体中移至溶液顶部,从而形成泡沫柱,从而降低主体中的浓度 到 CMC 以下。 这是从废水中去除表面活性剂的最简单方法之一(参见泡沫浮选)。 因此,在具有足够界面面积的泡沫中没有胶束。 类似的推理也适用于液。

另一种情况出现在洗涤剂中。 一开始在水中的浓度大于 CMC,然后添加具有大 i 的织物。

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  1. 临界胶束浓度
  2. 描述
  3. 测量
  4. 实际考虑

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