غلظت بحرانی مایسلی (CMC) و نحوه‌ی تعیین آن- قسمت 1
غلظت بحرانی مایسلی
سورفکتانت‌ها (که در برخی مواقع عوامل فعال‌سطح و یا دترجنت‌ها (شوینده‌ها) نیز نامیده می‌شوند)، از جمله مواد شیمیایی با بیش‌ترین دسترسی هستند. آن‌ها در بسیاری از حوزه‌ها کاربرد دارند که شامل شیمی (سینتیک‌ها و تعادل‌های شیمیایی)، زیست‌شناسی (به‌عنوان تقلیدکننده‌های حالت غشایی) و دارویی است. عوامل فعال‌سطح موادی با طبیعت دوگانه هستند که شامل یک زنجیر طویل هیدروکربنی غیرقطبی (در اصطلاح دُم) و یک بخش قطبی عموماً یونی (در اصطلاح سَر) هستند. این دو نوع ویژگی منجر به‌خودتجمعی و یا تشکیل مایسل در حلال‌های قطبی مانند آب خواهد شد؛ به‌صورتی‌که مولکول‌های مواد فعال‌سطح، خود را به‌صورت اجتماع‌های سازمان‌یافته‌ی مولکولی آرایش می‌دهند. بخش آبگریز این تجمع‌ها، هسته‌ی مایسل را تشکیل می‌دهند و گروه‌های قطبی (سَرها) نیز در فصل مشترک مایسل-آب در تماس با مولکول‌های آب قرار می‌گیرند و توسط آن‌ها آب‌پوشی می‌شوند. مایسل تشکیل‌شده بسته به‌ساختار شیمیایی مواد فعال‌سطح می‌تواند کاتیونی، آنیونی، آمفولیتی (زوتریونی) و یا غیریونی باشد. این ویژگی منحصربه‌فرد عوامل فعال‌سطح می‌تواند محلول‌های آبی این مواد را به‌یک محیط غیرهمگن بسیار کوچک تبدیل کند؛ به‌این معنا که با وجود این‌که آن‌ها اغلب در مقیاس ماکروسکوپیک به‌شکل همگن وجود دارند، در مقیاس میکروسکوپیک به‌صورت غیرهمگن هستند. غلظتی که مایسل‌ها در بالاتر از آن تشکیل می‌شوند، غلظت بحرانی مایسلی (CMC) نامیده می‌شود که در واقع یک غلظت انتخابی در یک بازه‌ی محدود غلظتی است. در بالاتر از غلظت بحرانی مایسلی، مونومرها و مایسل‌ها در یک تعادل پویا (دینامیکی) قرار دارند.
محیط‌های غیرهمگن در ابعاد میکرو با وجود اهمیت روبه‌رشد آن‌ها، هنوز در بسیاری از کتاب‌های شیمی‌فیزیک عمومی و یا آزمایشگاهی درنظر گرفته نشده‌اند. چندین گزارش تحقیقاتی، استفاده از روش‌های گوناگون برای اندازه‌گیری غلظت بحرانی مایسلی را نشان داده‌اند.
مایسل‌ها ذره‌های کلوئیدی کوچکی هستند که به‌طول موج نور وابسته‌اند. همان‌طور که پیش‌تر نیز گفته شد، هنگامی‌که مایسل‌ها تشکیل می‌شوند، محلول آبی عوامل فعال‌سطح به‌عنوان یک محیط غیرهمگن کوچک رفتار خواهد کرد. مقدار غلظت بحرانی مایسلی می‌تواند با تغییر در ویژگی‌های فیزیکی-شیمیایی محلول عوامل فعال‌سطح به‌واسطه‌ی افزایش غلظت آن‌ها تعیین شود. این مقدار به‌صورت آزمایشگاهی از رسم نمودار یک ویژگی مناسب فیزیکی به‌عنوان تابعی از غلظت عامل فعال‌سطح بدست می‌آید. در واقع، یک تغییر ناگهانی در شیب نمودار بیان‌کننده‌ی غلظت بحرانی مایسلی است. تا هنگامی که تغییر در شیب نمودار در غلظت‌هایی کم‌تر و یا بیش‌تر از بازه‌ی محدود غلظت بحرانی مایسلی رخ دهد، این غلظت به‌وضوح قابل تعیین بوده و شدت این تغییرها نیز وابسته به‌ویژگی فیزیکی اندازه‌گیری‌شده و نیز برخی مواقع ماهیت اطلاعات و نحوه‌ی رسم آن‌ها است.
غلظت بحرانی مایسلی می‌تواند تحت تأثیر بسیاری از متغیرها قرار گیرد. به‌عنوان مثال، این غلظت با افزایش طول زنجیر هیدروکربنی گروه‌های غیرقطبی افزایش می‌یابد. در عوامل فعال‌سطح یونی نیز این غلظت وابسته به‌ماهیت و غلظت یون با بار مخالف در محلول است. افزودن الکترولیت‌ها سبب افزایش این غلظت می‌شود و این تأثیر با کاهش چگالی بار یون مخالف نیز افزایش خواهد یافت. لازم به‌ذکر است که دما و فشار به‌مراتب اهمیت کم‌تری در این موضوع دارند. برخی از مقادیر غلظت بحرانی مایسلی (بدست‌آمده از روش‌های گوناگون) برای برخی عامل فعال‌سطح متداول در جدول (1) ارائه شده‌اند.
جدول (1): مقادیر غلظت بحرانی مایسلی (CMC) برای برخی از عوامل فعّال‌سطحی (بدست‌آمده از روش‌های گوناگون)
گردآورنده: مهدیار یافتیان- شرکت سیماب رزین
بخوانید: مشکلات ذاتی امولسیون های پایه آب
مرجع
Domínguez, A., Fernández, A., González, N., Iglesias, E., & Montenegro, L. (1997). Determination of critical micelle concentration of some surfactants by three techniques. Journal of Chemical Education, 74(10), 1227.
