Kritische Mizellkonzentration (CMC) und Tensidkonzentration

Die CMC (kritische Mizellkonzentration) ist die Konzentration eines Tensids in einer umgebenden Phase, oberhalb derer sich Aggregate aus Tensidmolekülen, so genannte Mizellen, zu bilden beginnen. Die CMC ist eine wichtige Kenngröße für Tenside.

Hintergrund

Bei zunehmender Konzentration eines Tensids erfolgt die Adsorption an der Oberfläche bis zur vollständigen Belegung, die mit dem minimalen Wert der Oberflächenspannung (OFS) korrespondiert. Oberhalb der als CMC bezeichneten Übergangskonzentration bilden sich in der Volumenphase Mizellen.

CMC: Abnahme der Oberflächenspannung mit steigender Tensidkonzentration

Oberflächenspannung einer Tensidlösung bei Konzentrationszunahme, Bildung von Mizellen

Bedeutung

Die Kenntnis der CMC ist für den Einsatz von Tensiden von großer Wichtigkeit. Da oberhalb der CMC die Oberflächenspannung nicht weiter reduziert wird, gibt die CMC bei vielen Prozessen die Grenzkonzentration für den sinnvollen Einsatz an. Wo die Entstehung von Mizellen erwünscht ist, z.B. beim Reinigen, ist die CMC ein Maß für die Effizienz eines Tensids. Darüber hinaus lassen sich aus der CMC Größen für die wissenschaftliche Charakterisierung der Oberflächenadsorption ableiten, zum Beispiel der Platzbedarf je Molekül (engl. Area per Molecule) oder die Oberflächenüberschusskonzentration (engl. Surface Excess). Mit Hilfe der letztgenannten Größe kann durch Messungen mit einem Blasendruck-Tensiometer der Adsorptionskoeffizient bestimmt werden.

Messung

Die CMC wird mit einem Tensiometer durch Messungen der Oberflächenspannung an einer Konzentrationsreihe bestimmt. Bei reinen Tensiden ist die OFS in einem großen Bereich linear vom Logarithmus der Konzentration abhängig. Oberhalb der CMC ist die OFS weitgehend konzentrationsunabhängig. Die CMC resultiert aus dem Schnittpunkt zwischen der Regressionsgeraden des linear abhängigen Bereichs und der durch das Plateau verlaufenden Gerade.

Beispiel einer CMC-Bestimmung mithilfe einer Tensid-Konzentrationsreihe

Bestimmung der CMC mit einem Tensiometer

Bei modernen Tensiometern erfolgt die Bestimmung vollautomatisch durch den Einsatz einer Dosiereinheit. Mit Hilfe einer zweiten, zum Absaugen verwendeten Dosiereinheit kann das Probenvolumen konstant gehalten werden, wodurch eine Verdünnungsreihe mit sehr vielen Konzentrationen und dadurch eine sehr genaue CMC-Bestimmung möglich ist (Extended CMC).