En química coloidal y de superficies , la concentración micelar crítica ( CMC ) se define como la concentración de tensioactivos por encima de la cual se forman micelas y todos los tensioactivos adicionales agregados al sistema formarán micelas. [1]
La CMC es una característica importante de un tensioactivo. Antes de alcanzar la CMC, la tensión superficial cambia fuertemente con la concentración del tensioactivo. Después de alcanzar el CMC, la tensión superficial permanece relativamente constante o cambia con una pendiente menor. El valor de la CMC para un dispersante determinado en un medio determinado depende de la temperatura, la presión y (a veces en gran medida) de la presencia y concentración de otras sustancias tensioactivas y electrolitos . Las micelas sólo se forman por encima de la temperatura micelar crítica .
Por ejemplo, el valor de CMC para el dodecilsulfato de sodio en agua (sin otros aditivos ni sales) a 25 °C, presión atmosférica, es 8x10 −3 mol/L. [2]
Al introducir tensioactivos (o cualquier material tensioactivo) en un sistema, inicialmente se dividirán en la interfaz , reduciendo la energía libre del sistema al:
Posteriormente, cuando aumenta la cobertura de la superficie por los tensioactivos, la energía libre superficial (tensión superficial) disminuye y los tensioactivos comienzan a agregarse en micelas, disminuyendo así nuevamente la energía libre del sistema al disminuir el área de contacto de las partes hidrofóbicas del tensioactivo con el agua. [4] Al alcanzar la CMC, cualquier adición adicional de tensioactivos solo aumentará el número de micelas (en el caso ideal).
Según una definición bien conocida, CMC es la concentración total de tensioactivos en las condiciones: [5]
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.
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 de datos visuales es muy subjetivo y puede conducir a valores de CMC muy diferentes según el tipo de representación, la calidad de los datos y el intervalo elegido alrededor del 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 tales como conductividad eléctrica, tensión superficial, desplazamientos químicos de RMN, absorción, coeficientes de autodifusión, intensidad de fluorescencia y coeficiente de difusión traslacional medio de tintes fluorescentes en soluciones tensioactivas. [7] [8] [9] Estas funciones de ajuste se basan en un modelo para las concentraciones de tensioactivos monoméricos y micelizados en solución, que establece una definición analítica bien definida de la CMC, independiente de la técnica.
La CMC es la concentración de tensioactivos en masa a la que comienzan a formarse micelas. La palabra volumen es importante porque los surfactantes se dividen entre el volumen y la interfaz y la CMC es independiente de la interfaz y, por lo tanto, es una característica de la molécula de surfactante. En la mayoría de situaciones, como mediciones de tensión superficial o mediciones de conductividad, la cantidad de tensioactivo en la interfaz es insignificante en comparación con la del volumen total y la CMC puede aproximarse por la concentración total. En la práctica, los datos de CMC suelen recopilarse utilizando instrumentos de laboratorio que permiten automatizar parcialmente el proceso, por ejemplo mediante el uso de tensiómetros especializados .
Cuando las áreas interfaciales son grandes, no se puede despreciar la cantidad de tensioactivo en la interfaz. Si, por ejemplo, se introducen burbujas de aire en una solución de un tensioactivo por encima de CMC, estas burbujas, a medida que suben a la superficie, eliminan los tensioactivos desde la masa hasta la parte superior de la solución, creando una columna de espuma y reduciendo así la concentración en masa. por debajo de CMC. Este es uno de los métodos más sencillos para eliminar los tensioactivos de los efluentes (ver flotación con espuma). Así, en las espumas con suficiente área interfacial están desprovistas de micelas. Un razonamiento similar se aplica a las emulsiones .
_curve_Attension_Sigma_701.png/1280px-Critical_micelle_concentration_(CMC)_curve_Attension_Sigma_701.png)
La otra situación se presenta en el caso de los detergentes . Inicialmente se comienza con concentraciones mayores que CMC en agua y al agregar tela con un área interfacial grande, la concentración de surfactante cae por debajo de CMC y no quedan micelas en equilibrio. Por tanto, la solubilización juega un papel menor en los detergentes. La eliminación de la suciedad aceitosa se produce modificando los ángulos de contacto y liberando el aceite en forma de emulsión.
En la industria petrolera, la CMC se considera antes de inyectar surfactante en el yacimiento con respecto a la aplicación de recuperación mejorada de petróleo (EOR). Por debajo del punto CMC, la tensión interfacial entre la fase de aceite 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 depósito. Se desea que el tensioactivo actúe a la tensión interfacial (IFT) más baja.
