什么是临界微胞浓度(CMC)?它是如何影响洗涤效果的?

在胶体和界面化学中,临界微胞浓度(CMC)是定义为一种表面活性剂的浓度,当它超过该值时,会形成微胞,并且所有额外加入系统的表面活性剂都将形成微胞。 CMC是表面活性剂的一个重要特性。

当表面活性剂加入系统时,它们最初会进入界面,降低系统的自由能,这是透过降低界面的能量来实现的。然而,当表面活性剂的覆盖面积增加,系统的自由能继续减少,并最终导致微胞的形成。

当达到CMC后,再添加的表面活性剂只会增加微胞的数量。

值得注意的是,CMC的大小会受到多个因素的影响,如温度、压力及其他表面活性物质的存在与浓度。假设您将钠十二烷基硫酸盐添加到水中,在25°C的条件下,其CMC值为8x10−3 mol/L。

CMC的测量方法

测量CMC时,样品的测量方法的不同会导致CMC的不同,因为不同的测量方法会基于溶液的特性进行,例如导电性、光化学特性或表面张力。当聚集程度为单分散时,CMC与测量方法无关;而当聚集程度为多分散时,则与测量方法和分散性有关。

一种常用的程序是通过观察测量属性与表面活性剂浓度的图表中两条直线的交点来确定CMC。

在进行数据拟合时,科学家通常会使用电导率、表面张力、NMR化学位移等测量参数来确定CMC,这些拟合函数建立在单体和微胞的浓度模型之上,使得CMC的定义独立于测量技术。

实际考量

在许多情况下,如表面张力测量或导电性测量,系统中界面的表面活性剂含量可以忽略不计,因此通常可将CMC近似为总浓度。值得注意的是,当界面面积较大时,系统中界面的表面活性剂浓度显著影响整体动态。

例如,当气泡引入高于CMC的表面活性剂溶液中,这些气泡上升至液面的过程中,会将表面活性剂从体积中移出,形成泡沫并降低体积中表面活性剂的浓度,此过程被用于污水处理中去除表面活性剂。

在洗涤剂的应用中,表面活性剂的浓度高于CMC,当与拥有大界面的布料接触时,表面活性剂的浓度会降低至CMC以下,并且在平衡状态下不再存在微胞。

在石油行业中,CMC则被视为注入表面活性剂以促进油回收的重要指标。若在CMC以下,油水相间的界面张力不会有效降低,但若能在CMC微量以上保持浓度,将有助于更好地进行溶解。这样的特性让CMC不仅是理论上的数字,更是在实际应用中至关重要的指标。

会不会有其他尚未被探究的特征影响着CMC的行为和应用呢?

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