Laborator nr. 2 [631121]

Laborator nr. 2
Determinarea tensiunii superficiale și a
concentrației critice micelare (CCM)

Proprietăți ale surfactanților
Reducerea tensiunii superficiale
Tensiunea superficială apă = 75.64 N/mm2

T ensiunea superficială pentru diverși
surfactanți se determină la laborator. Tensiunea superficială este proprietatea generală a lichidelor de a lua o formă geometrică de arie minimă în
lipsa forțelor externe, datorată acțiunii forțelor de coeziune dintre moleculele lichidului.
În prezența tensioactivelor, moleculele de surfactanți, partea hidrofilă se orientează spre moleculele de apă,
rezultanta forțelor de coeziune scade, scade tensiunea superficială la interfața lichid- aer și astfel se explică
creșterea puterii de udare a unui substrat textil în prezența surfactanților .
F2< F1

Micelul este o agregare monostrat de molecule active la suprafață
care s- au dispersat într-o fază. Acest aranjament special se bazează pe
ocuparea spațiului interior dintr-o regiune polară și nepolară a
moleculelor de surfactant prin for țe Van der Waals.
Există mai multe tipuri de micele:
micelele sferice, elipsoidale, unilamelare, cilindrice, etc. și sunt
utilizate pentru a spori solubilitatea unor compuși insolubili. Formarea micelelor. Concentrația micelară.
Micel sferic
A- surfactant amfoter; B- orientarea moleculelor de surfactant;
C-formarea micelelor la o anumită concentrație

Concentrația critică micelară (CCM)
Pe măsură ce agenții tensioactivi sunt adăugați în apă, tensiunea
superficială va scădea . La un moment dat, suprafața devine saturată
cu molecule de surfactant și încep să se formeze micelele.
Concentrația în tensioactivi la care începe formarea de micele, acest
punct este definit, concentrație critică de micelară (CCM) .
CCM este mai mic atunci când radicalul lipofil este mai lu ng, căci
atunci cresc în intensitate forțele Van der Waals, care cauzează
asocierea moleculelor în micele.
Cunoașterea CCM este importantă în practică , deoarece eficiența
soluțiilor de substanțe tensioactive începe când concentrația lor
depășește CCM. O concentrație micelară mai mică conduce la o
ofertă mai mică a tensioactivului în flota de tratare, economie de
substanță . Emulsiile cele mai stabile se obțin în preajma CCM .
Concentrația critică micelară poate fi definită prin măsurarea
tensiunii superficiale în funcție de concentrația surfactantului.

La nivel de laborator se determină prin metoda stalagmometrului .

Aplicații practice
Determinarea tensiunii superficiale și a
concentrației critice micelare (CCM)

Pentru calculul tensiunii superficiale se va folosi metoda stalagmometrică Determinarea tensiunii superficilae prin metoda stalag mometrului
Stalagmometrul este un tub de sticlă îndoit de două ori în unghi drept, care are pe porțiunea mai
lungă o bulă (umflătură sferică ) 1, cu capacitatea de câțiva ml, și care este prevăzut la capătul inferior 2,
șlefuit plan, cu o mică deschidere. Când lichidul se scurge din stalagmometru prin deschiderea 2, se
formează o picătură , care se mărește treptat și care de desprinde numai când greutatea ei depășește
tensiunea superficială . Această tensiune este aproximativ proporțională cu greutatea picăturilor .
Pentru două lichide diferite, studiate la același stalagmometru, se poate scrie :

adică raportul tensiunilor superficiale este egal cu raportul greutăților picăturilor .
Notând cu V volumul cuprins între reperele a și b și ρ1, respectiv ρ2 densitățile celor două
lichide, iar cu n1 și n2 – numărul de picături de lichid din volumul V (g fiind accelerația
gravitațională , putem scrie:

Efectuarea determinării
Pregătirea soluțiilor
Calcul pentru prepararea
soluțiilor
Pregătirea stalagmometrului
Umplerea stalagmometrului
cu soluția de tensioactiv
Fixarea reperelor a și b Numărarea picăturilor

Efectuarea determinării. Prepararea soluțiilor
Lauril sulfatul de sodiu (dodecil – sulfatul de sodiu) (LSS), cu masa molară M = 288,
Tensioactiv anionic
Amestec S1 S2 S3 S4 S5 S6 etalon
apa
Soluție S1 (ml) 10 8 6 4 2 0
Apă distilată (ml) 0 2 4 6 8 10 Se prepară o soluție (S1) de LSS 0.01 M (0,288 grame)
1000 ml soluție LSS ………… 0,288 grame LSS
10 ml ………………………… .y
y = 0, 028 grame LSS = 10 10-3 moli LSS
Amestec S1 S2 S3 S4 S5 S6 etalon apa
Volum Soluție S1
(ml) 10 8 6 4 2 0
Volum Apă distilată
(ml) 0 2 4 6 8 10
Concentrația
moli /l 10 10-3
10-2 8 10-3
6 10-3
4 10-3
2 10-3
0

Tensioactiv neionic Efectuarea determinării. Prepararea soluțiilor
Tensioactiv neionic nonilfenoletoxilat cu gradul de etoxilare (EO) = 9 moli (NF9)
M =569 g/mol, densitate= 1, 013 g/ml, HLB= 13,9, nr. CAS = 34398 -01-1
Se prepară soluții de concentrație : 0,01 %; 0,02 %; 0,04 %; 0.08 % și 0,12 %;
Exemplu calcul soluția de concentrație 0,1 % volumică
100 ml soluție NF9 ……………….. 0,01 g NF9
δ= 1,013 g/ml ; δ = m/v; v = m/δ
v= 0,01/ 1,013 = 0, 00987 ml NF9 (greu de măsurat)

Și în acest caz se prepară o soluție stoc de concentrație 1 % din care se
ia 1 ml pentru conc 0, 01 % și se aduce într- un flacon cotat de 100 ml ș.a.m.d.
Amestec S1 S2 S3 S4 S5 S6 etalon apa
Volum Soluție S1
(ml) 1 2 4 8 1 2 0
Volum Apă distilată
(ml) Se aduce la semn flacon cotat de 100 ml –
Concentrația
% 0,01 0,02
0,04
0,08
0,12 0

Efectuarea determinării
Umplerea stalagmometrului cu soluțiile de tensioactivi pentru fiecare
concentrație și pentru ambii tensioactivi .
Fixarea reperelor a și b
Numărarea picăturilor până se scurge volumul de lichid dintre repereșe a și b
Trecerea datelor experimentale într-un tabel
Calculul tensiunii superficiale
Proba c
10-3
(mol/l) n2
(picături) σ2
(mN/m) CCM exp
(mmoli/l)
S6
etalon
apa 0 n1 =34 σ1 =72, 1

Se determin ă
din
σ = f(c) S5 2 41.2 59.90
S4 4 57.2 43.12
S3 6 83.00 29.70
S2 8 88.25 27.97
S1 10 88.50 27.87 T ensioactiv anionic LSS
T ensioactiv neionic NF9
Proba c
% n2
(picături) σ2
(mN/m) CCMexp
(mmoli/l)
Etalon
apa 0 n1 =34 σ1 = 72,1

Se determin ă
din
σ = f(c)
1 0,01 94,3 38,27
2 0,02 115 31,32
3 0,04 111,3 32,63
4 0,08 105 33,98
5 0,12 109,6 33.23

Trasarea dependenței tensiunii superficiale în funcție d e
concentrație
T ensioactiv anionic LSS Tensioactiv neionic NF9

Interpretarea rezultatelor
Tensioactiv anionic LSS T ensioactiv neionic NF9
CCM = 7,2 mmoli/l
T ensiunea superficială critică
σ = 0,8045*7,2^2 -13,614*7,2+84 = 27,68 mN/m CCM = 0,02 % = 0,35 mmoli/l
T ensiunea superficială critică
σ = 31,80 mN/m

Interpretarea rezultatelor. Concluzii
Tensioactiv anionic LSS
Tensioactiv neionic NF9
CH3 – (CH2)10 (CH2- CH2 -O)9 – OH
CCM = 7,2 mmoli/l
T ensiunea superficială critică
σ = 0,8045*7,2^2 -13,614*7,2+84 = 27,68 mN/m CCM = 0,02 % = 0,35 mmoli/l
Tensiunea superficială critică
σ = 31,80 mN/m

Efectuarea determinării automat -aparat Kr ϋss
Analizor automat pentru
tensiunea superficială și CCM
Drop Shape Analyzer DSA 100 R
Firma Krϋss

Activitate studenți
Reprezentați grafic datele experimentale pentru ambii tensioactivi;

Determinați CCM și tensiunea superficială critică ;

Interpretați rezultatele experimentale;

Analizați comparativ CCM pentru cei doi tensioactivi, argumentați

Răspundeți la următoarele 3 intrebări :
1. Ce este concentrația critică micelară (CMM)?
2. Ce importanță are determinarea CMM?
3. Cum se formează micelele coloidale ?

Termen săptămâna 1 4.