Chemistry Reference
In-Depth Information
2.4.6 Literaturhinweise
1.
Dörfler HD (1994) Grenzflächen- und Kolloidchemie. Wiley-VCH, Weinheim
2.
Dörfler HD (2002) Grenzflächen und kolloid-disperse Systeme. Springer, Berlin
3.
Ender V (1991) Zur Struktur der Phasengrenze Metalloxid/Elektrolyt - Potenti-
albildung und Ladungsbilanz. Acta hydrochim. hydrobiol. 19 (2):199
2.5 Ermittlung der kritischen Micellbildungskonzentration
2.5.1 Aufgabenstellung
Zu ermitteln ist die kritische Micellbildungskonzentration „cmc“ (
D
critical micelle
concentration) eines ausgewählten Tensids durch Verfolgung der Konzentrationsab-
hängigkeit verschiedener physiko-chemischer Parameter.
2.5.2 Theoretische Grundlagen
Für die Moleküle an der Oberfläche einer Flüssigkeit resultiert eine Anziehungs-
kraft in das Innere der Flüssigkeit. Es sind die Kohäsionskräfte zwischen den Flüs-
sigkeitsmolekülen, die dafür sorgen, dass eine möglichst dichte Packung der Mo-
leküle zustande kommt. Sollen Moleküle aus dem Inneren der Flüssigkeit an die
Oberfläche gebracht werden, muss Arbeit gegen die Kohäsionskräfte der Flüssig-
keit geleistet werden. Um die Oberfläche A eines Systems um dA zu vergrößern,
ist die Arbeit dW
D
¢
dA zu leisten. Der Proportionalitätsfaktor ¢ ist die Oberflä-
chenspannung (Maßeinheit: N/m).
Wasser als stark polares Lösungsmittel besitzt eine hohe Oberflächenspannung ¢
von 72,8mN/m (im Vergleich dazu z. B. CCl
4
: 26,7mN/m oder C
6
H
6
: 28,9mN/m).
Stoffe, deren Zusatz zu einer Flüssigkeit eine Erniedrigung der Oberflächenspan-
nung bewirken, werden als grenzflächenaktiv (englisch: surfactant, von surface ac-
tive agent) bezeichnet. Führen bereits geringe Mengen des Stoffes zu einer drasti-
schen Verringerung der Oberflächenspannung, spricht man von einem Tensid.
Bedingt ist dieser Effekt durch die Struktur der Tensidmoleküle. Es sind soge-
nannte amphiphile Substanzen, d. h., die Moleküle sind aus lyophoben (lösungs-
mittelfeindlichen) und lyophilen (lösungsmittelfreundlichen) Gruppen aufgebaut.
Im Fall von Wasser als Lösungsmittel heißen sie hydrophob bzw. hydrophil. Die
hydrophobe Gruppe, die meist aus einer aliphatischen Kohlenwasserstoffkette mit
10-18 C-Atomen oder aus einem Alkylbenzol besteht, ist für die Grenzflächenak-
tivität verantwortlich. Die hydrophile Gruppe, die die Wasserlöslichkeit bedingt,
kann verschiedener Natur sein: eine anionische Gruppe wie Sulfonat, Carboxylat
usw., eine kationische Gruppe wie Ammonium, Pyridinium usw., aber auch eine
nichtionische Gruppe wie eine Ethersauerstoffbrücke.
Die Verminderung der Oberflächenspannung kann bis zu einer Größenordnung
betragen. Typisch für Kohlenwasserstofftenside in Wasser sind Werte zwischen 30
