Kritische mizelläre Konzentration

In der Chemie beschreibt die Kritische Mizellbildungskonzentration, oder CMC (critical micelle concentration), die Konzentration eines Tensids, bei der sich Mizellen bilden. Sie ist eine wichtige, charakterisierende Eigenschaft von Tensiden die in Waschmitteln, Seifen etc. verwendet werden.

Verhalten von Tensiden bei verschiedenen Konzentrationen

Bei einer Konzentration von oberflächenaktiven Substanzen (wie Tensiden) unterhalb der CMC befinden sich die Moleküle frei und einzeln in der sie umgebenden Flüssigkeit, oder aber sie positionieren sich an der freien Oberfläche. Für diese Konzentrationen unterhalb der CMC gilt, dass die Oberflächenspannung der Flüssigkeit mit steigender Konzentration der Tenside abnimmt. Wenn die CMC erreicht ist, beginnen die Tensidmoleküle Mizellen zu bilden. Wenn die Konzentration nun weiter erhöht wird, erhöht sich auch die Anzahl der gebildeten Mizellen. Da die Tenside nun keinen weiteren Einfluss auf die freie Oberfläche der Flüssigkeit nehmen, bleibt die Oberflächenspannung oberhalb der CMC konstant (im idealen System).

Modelle

Es gibt verschiedene Ansätze die CMC theoretisch zu beschreiben. So ist beispielsweise bei einem Modell die CMC erreicht wenn gilt

d³F/dC_t³ = 0

F = a[Mizelle] + b[Monomer]: Funktion der Tensidlösung

C_t: Totale Konzentration

a, b: Proportionalitätskonstanten

Hinweise für verschiedene Systeme

Die CMC ist definiert als die kritische Konzentration in der "Bulk-Phase" der Flüssigkeit. Für die meisten Systeme ist dieser Hinweis von keiner Relevanz, insbesondere dann wenn die Anzahl der Tensidmoleküle in der Flüssigkeit selbst (in der "Bulk-Phase") gegenüber der Anzahl der Tensidmoleküle in der Oberfläche sehr groß ist. Somit kann für diese Fälle die Konzentration der Tenside leicht über Menge der zugegebenen Tenside und Flüssigkeitsvolumen (oder Masse) bestimmt werden. In einigen Sonderfällen, beispielsweise wenn die freie Oberfläche im Vergleich zum Flüssigkeitsvolumen sehr groß ist, kann die Tensidkonzentration im "Bulk" über die beschriebene Methode jedoch nicht mehr bestimmt werden. So binden sich z. B. in Blasensäulen große Mengen der Tenside an die aufsteigenden Blasen, so dass die lokale Konzentration in der Flüssigkeit unter die CMC fallen kann. Diese Methode kann auch benutzt werden, um Tenside aus einer Lösung zu entfernen (Flotation). Ähnliche Überlegungen lassen sich für Emulsionen durchführen.

Weblinks

• Theorie auf der Krüss website
• Unternehmensauftritt zum CMC screening

Literatur

• S.A. Baeurle, J. Kroener, Modeling effective interactions of micellar aggregates of ionic surfactants with the Gauss-Core potential, J. Math. Chem. 36, 409-421 (2004).