什麼是臨界微胞濃度(CMC)?它是如何影響洗滌效果的?

在膠體和界面化學中,臨界微胞濃度(CMC)是定義為一種表面活性劑的濃度,當它超過該值時,會形成微胞,並且所有額外加入系統的表面活性劑都將形成微胞。CMC是表面活性劑的一個重要特性。

當表面活性劑加入系統時,它們最初會進入界面,降低系統的自由能,這是透過降低界面的能量來實現的。然而,當表面活性劑的覆蓋面積增加,系統的自由能繼續減少,並最終導致微胞的形成。

當達到CMC後,再添加的表面活性劑只會增加微胞的數量。

值得注意的是,CMC的大小會受到多個因素的影響,如溫度、壓力及其他表面活性物質的存在與濃度。假設您將鈉十二烷基硫酸鹽添加到水中,在25°C的條件下,其CMC值為8x10−3 mol/L。

CMC的測量方法

測量CMC時,樣品的測量方法的不同會導致CMC的不同,因為不同的測量方法會基於溶液的特性進行,例如導電性、光化學特性或表面張力。當聚集程度為單分散時,CMC與測量方法無關;而當聚集程度為多分散時,則與測量方法和分散性有關。

一種常用的程序是通過觀察測量屬性與表面活性劑濃度的圖表中兩條直線的交點來確定CMC。

在進行數據擬合時,科學家通常會使用電導率、表面張力、NMR化學位移等測量參數來確定CMC,這些擬合函數建立在單體和微胞的濃度模型之上,使得CMC的定義獨立於測量技術。

實際考量

在許多情況下,如表面張力測量或導電性測量,系統中界面的表面活性劑含量可以忽略不計,因此通常可將CMC近似為總濃度。值得注意的是,當界面面積較大時,系統中界面的表面活性劑濃度顯著影響整體動態。

例如,當氣泡引入高於CMC的表面活性劑溶液中,這些氣泡上升至液面的過程中,會將表面活性劑從體積中移出,形成泡沫並降低體積中表面活性劑的濃度,此過程被用於污水處理中去除表面活性劑。

在洗滌劑的應用中,表面活性劑的濃度高於CMC,當與擁有大界面的布料接觸時,表面活性劑的濃度會降低至CMC以下,並且在平衡狀態下不再存在微胞。

在石油行業中,CMC則被視為注入表面活性劑以促進油回收的重要指標。若在CMC以下,油水相間的界面張力不會有效降低,但若能在CMC微量以上保持濃度,將有助於更好地進行溶解。這樣的特性讓CMC不僅是理論上的數字,更是在實際應用中至關重要的指標。

會不會有其他尚未被探究的特徵影響著CMC的行為和應用呢?

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