• View
• Edit
• History
• Print

Kritische Micelvormingsconcentratie

Bepaling van de kritische micelvormingsconcentratie (KMC, CMC) als grootheid voor de waswerking van zepen en detergentia (oppervlakteaktieve stoffen).

THEORIE

Als een zeep (of detergens) in water oplost komen deeltjes vrij, met zowel een sterk polair (polaire kop) als een sterk apolair deel (apolaire staart). Deze deeltjes kunnen zowel positieve als negatieve ionen zijn, maar ook dipoolmoleculen. De lading van het deeltje is geconcentreerd in het uiterste gedeelte. Vandaar het polaire karakter. Bijvoorbeeld, een zeep zoals natriumpalmitaat of natriumstearaat, splitst zich bij het oplossen resp. in een negatief palmitaat- of stearaation en een natriumion.
CH₃ - (CH₂)₁₄ - COO^-(aq) + Na⁺(aq) (palmitaat, hexadecanoaat)
CH₃ - (CH₂)₁₆ - COO^-(aq) + Na⁺(aq) (stearaat, octadecanoaat)

Schematisch voorgesteld door:

De deeltjes verspreiden zich aan het wateroppervlak, waarbij de staarten naar buiten steken. De geladen koppen zijn dan gehydrateerd. Omdat aan het oppervlakte nu minder waterstofbruggen gebroken hoeven te worden, trekken de watermoleculen zich minder sterk aan. Dit nemen we waar als verlaging van de oppervlaktespanning.

Als de concentratie aan ‘zeepmoleculen’ groot genoeg is geworden, raakt het vloeistofoppervlak verzadigd. Meer deeltjes begeven zich in de vloeistof en vormen zo micellen, waarbij de apolaire staarten naar elkaar toe zijn gericht. De zeep heeft krijgt nu zijn waswerking.

Wij zijn hier geïnteresseerd in de concentratie aan zeepdeeltjes, en wel het punt, waarbij het vloeistofoppervlak juist volledig met deze deeltjes is verzadigd. De concentratie aan ‘zeepmoleculen’ waarbij dit punt is bereikt, wordt de kritische micelconcentratie genoemd, afgekort met kmc. (In het Engels: critical micel concentration, cmc).
Als de concentratie groter wordt dan de kmc, neemt het aantal micellen toe, terwijl de oppervlaktespanning gelijk blijft.

De kmc kan worden bepaald, door van een reeks verschillende zeepconcentraties de oppervlaktespanning te meten. De resultaten worden als volgt uitgezet: op de x-as de logaritme van de concentratie (log c) tegen de oppervlaktespanning (γ=Griekse letter gamma) op de y-as.
Zodoende krijgt men een grafiek als hieronder. De de waarde van de concentratie op het knikpunt, dus vanaf waar de oppervlaktespanning niet meer veranderd is de kmc.

MEER WETENSWAARDIGHEDEN OVER OPPERVLAKTE-AKTIEVE STOFFEN

BENODIGDHEDEN

Verzamel de benodigdheden, volgens het voorschrift van het meten van de oppervlakte spanning, door middel van capillaire stijging. Verder heb je nog nodig:

• demiwater
• om verdunningen te maken: voldoende bekerglazen, maatcilinders
• petrischalen (voor iedere meten één schone petrischaal)

UITVOERING

• Voor zepen en detergentia waarvan de concentraties bekend zijn. Verdun de zeep of detergens tot een concentratie van ca. 10 g.L⁻¹. Dit noemen we de standaardoplossing.

Maak vanuit deze standaardoplossing een verdunningsreeks van 0,005 - 0,01 - 0,025 - 0,05 - 0,1 - 0,125 - 0,25 - 0,5 - 1 - 2,5 - 5 - 7,5 - 10 g.L⁻¹

Omrekenen naar mol.L⁻¹, is goed mogelijk als de molmassa van de zepen of detergentia bekend zijn.
De molmassa van natriumoctadecanoaat (natriumstearaat) is: 284,50
Van natriumhexadecanoaat (natriumpalmitaat): 265,43
Van natriumlaurylsulfaat (natriumdodecasulfaat) C₁₂H₂₅OSO₃Na: 288,38
Van natriumlaurylethersulfaat (C₂H₄O)_nC₁₂H₂₅OSO₃Na (n=1–4): 332,43–464,58

• Als van een oplossing, de concentratie aan detergens of zeep niet bekend is, kan deze worden bepaald door het aanwezige water langzaam te laten verdampen.

Weeg, in drie decimalen, een porseleinen of glazen indampschaaltje. Breng vervolgens ongeveer 3 gram detergensoplossing (bijv. douchegel of shampoo) in dit schaaltje en weeg schaaltje + inhoud weer nauwkeurig af. Breng de temperatuur van een droogstoof of oven op 80°C. Zet het schaaltje in de stoof en laat deze daar ca. 60 uur in staan. Check tussendoor de massa. Pas op: niet langer 60 uur, zodra het water uit de oplossing is verdampt, kan het overgebleven materiaal door oxidatie gaan polymeriseren. Het materiaal hierdoor hard worden, gepaard gaande met toename van de massa.

Hieronder staat het resultaat dat verkregen wordt bij het indampen van douchegel van het merk ‘Vogue’

Los de verkregen detergens op tot een concentratie van ca. 10 g.L⁻¹ (standaardoplossing). Maak vanuit deze standaardoplossing een verdunningsreeks van 0,005 - 0,01 - 0,025 - 0,05 - 0,1 - 0,125 - 0,25 - 0,5 - 1 - 2,5 - 5 - 7,5 - 10 g.L⁻¹

Bepaal nu van iedere verdunning de stijghoogte in een capillair, volgens het voorschrift van het meten van de oppervlaktespanning, door middel van capillaire stijging. Zet de gemeten waarden van de stijghoogte uit tegen de logaritme van de bijbehorende concentratie.

VOORBEELDEN VAN KMC/CMC-BEPALINGEN

DISCUSSIE

• Kun je iets zeggen over de nauwkeurigheid van de meting.

Denk hierbij aan de nauwkeurigheid van de bepaling van de stijghoogte. Sluipen er fouten in vanwege de toegepaste indampmethode?

BRONNEN

• Grensvlak scheikunde; J. Lyklema; Bruna en Zoon, Utrecht;1962; p.65, 66
  
• Shampoo; M.P. de Nijs; Chemische Feitelijkheden; KNCV; Samson Tjeenk Willink; 1992; 093–1
  
• id.: Oppervlakte-actieve stoffen; J. Ph. Groeneveld; 122–01
  
• Douchegel Waswerking; I.M.E. Dijkstra, N.M. Pieterse; Profielwerkstukverslag; PSG Da Vinci, Purmerend; 2001