P2B CMC Esp

Análisis y determinación de propiedades. Curso 2013-14.

B2. Determinación de la concentración micelar crítica (CMC) mediante medidas de
conductividad. Influencia que ejercen otras especies presentes en el medio en la
formación de micelas.
Objetivo
Determinar la concentración micelar crítica de un tensioactivo (o para un conjunto de ellos).
Estudiar la influencia que ejercen otras especiespresentes en el medio.
Introducción
Es bien conocido que los hidrocarburos son muy poco solubles en agua. Los alcanos líquidos
son casi completamente inmiscibles en agua, formándose sistemas bifásicos cuando intentamos
mezclarlos en cualquier proporción. La razón fundamental para dicho comportamiento lo
encontramos resumido en el aforismo “like dissolves like” (cada sustancia es capaz de disolver aotras que sean semejantes a ella). En los hidrocarburos líquidos la unión entre moléculas se
debe a la fuerzas de van der Waals y carecen de la posibilidad de formar puentes de hidrógeno.
Como consecuencia, son incapaces de entremezclarse con el agua, caracterizada precisamente
por el establecimiento de una red de puentes de hidrógeno entre las distintas moléculas. Esta
incompatibilidad entre loshidrocarburos (hidrofóbicos) y el agua (“hidrofílica”) puede superarse
si una molécula combina ambas propiedades, hidrofobicidad e hidrofilicidad. A dicho tipo de
moléculas se les denomina anfifílicas. Un ejemplo común sería el estearato sódico, que posee
una cabeza polar, el grupo carboxylato, unida a una larga cola apolar. Este tipo de moléculas
funciona como detergentes o surfactantes (del ingléssurfactant, surface active agents) y
tienen un efecto muy notable sobre las propiedades macroscópicas del agua, incluyendo su
capacidad de "disolver" compuestos apolares.
La habilidad de los surfactantes para solvatar compuestos orgánicos deriva de su capacidad
para autoensamblarse dando lugar a estructuras como monocapas, bicapas y micelas (del latín
mica, granulo). Una micela esta constituida porla agregación ordenada de un número
determinado de monómeros (frecuentemente de 60 a 120). Las micelas son aproximadamente
esféricas, y tienen un radio del orden de varios nanómetros. En el interior de las micelas se
disponen, de forma más o menos ordenada, la colas hidrófobas de las moléculas de surfactante
(formando una nanocontenedor hidrófobo). En la parte exterior de la micela se colocanlas
cabezas polares ó iónicas. Existe por tanto dos fuerzas contrapuestas, las colas hidrófobas
experimentan fuerzas atractivas entre sí, mientras que las cabezas que soportan cargas de igual
signo se repelen. El balance entre dichas fuerzas determina el número promedio de moléculas
que se agregan para formar una micela N, y la concentración micelar crítica (CMC).

Figura 1. Representaciónesquemática de una micela

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La figura 1 muestra esquemáticamente la estructura de una micela. El radio del centro
hidrófobo viene determinado por el tamaño de la cola del surfactante. La parte exterior, la
superficie iónica, que también contine moléculas de agua asociadas, se denomina capa de
Stern. Contiene asimismo contraiones asociados, que ayudan acompensar la acumulación de
carga en un espacio reducido. Las micelas se comportan básicamente como un electrolito débil.
Rodeando este manto iónico existe otra capa más externa, que también contiene iones y
moléculas de agua orientadas, denominada capa de Gouy-Chapman. La estructura (el grosor)
de ambas capas depende la fuerza iónica de la solución. A medida que aumenta la
concentración de ionesen disolución, la fuerzas de repulsión entre cargas iguales en la
superficie de las micelas se ven más y más apantalladas. Como consecuencia, las micelas se
forman más fácilmente y pueden contener un número mayor de moléculas. El interior hidrófobo
de las micelas tiene varias propiedades interesantes; entre las que destaca la capacidad para
acomodar moléculas de substancias apolares.
Para...