Versione 1. Determinazione qualitativa della CMC del CTAB attraverso osservazione visiva

• Pesare tre diverse quantità di CTAB nei contenitori trasparenti con tappo

• Sciogliere nella stessa quantità di acqua le tre diverse quantità pesate, ottenendo tre soluzioni a concentrazione diversa (una maggiore, una circa uguale e una minore della CMC nota.

• Agitare ciascuna delle soluzioni

• Osservare la formazione di schiuma dove presente

• Attendere circa 30 minuti

• Osservare le variazioni nella presenza della schiuma

• Valutare la CMC del tensioattivo (soluzione con schiuma presente ma non persistente)

Versione 2. Determinazione quantitativa della CMC del CTAB attraverso misura conduttimetrica

• Preparare varie soluzioni a concentrazione crescente (in questo caso 9) di CTAB in acqua tramite pesate o diluizioni in contenitori trasparenti senza tappo (circa la metà a concentrazione inferiore alla CMC nota e l’altra metà a concentrazione superiore).

• Misurare la conduttanza di ogni soluzione a concentrazione nota con un conduttimetro e registrare i valori ottenuti di conduttanza.

• Riportare in grafico i valori ottenuti (asse delle x= concentrazione in molarità, asse delle y= conduttanza in microSiemens)

• Osservare la pendenza delle rette passanti per i due gruppi di punti ottenuti (sarà evidente che punti a concentrazione di CTAB inferiore alla CMC si disporranno lungo una retta con una pendenza diversa rispetto alla retta passante pei punti ottenuti per concentrazioni di CTAB superiori alla CMC)

• Valutare la CMC del tensioattivo (calcolando la concentrazione all’intersezione tra le due rette) come riportato in figura.

Ulteriori suggerimenti

• Attenzione: la CMC dipende dalla temperatura e dal pH oltre che dalla concentrazione di sali. Il CTAB ha una CMC pari a 1 mM in acqua pura a pH neutro e a 25°C.

• L’esperimento si può ripetere anche con un tensioattivo a CMC ignota, bisogna partire dalla versione 1 avanzando per tentativi (operando diluizioni successive da una concentrazione nota dove si osserva schiuma). Una volta identificato il range in cui si trova il valore di CMC si scelgono i punti (almeno 6 esclusa la CMC) da misurare per via conduttimetrica (in un intervallo di concentrazioni abbastanza ampio da contenere la CMC).

Precauzioni di sicurezza

Tutti i materiali utilizzati possono essere facilmente reperiti e non sono pericolosi. Bisogna comunque fare attenzione; per esempio, il tensioattivo CTAB può causare irritazione in caso di contatto con gli occhi. Se ciò si verifica, sciacquare la zona interessata con abbondante acqua corrente per diversi minuti.

Smaltimento dei rifiuti

Essendo prodotti completamente sicuri, tutte le soluzioni possono essere smaltite nel lavandino. Gli eventuali rifiuti solidi possono essere gettati nel secco indifferenziato.

Guida all'interpretazione dei fenomeni osservati

quando un tensioattivo viene aggiunto in mezzo acquoso, se la sua concentrazione è molto bassa (inferiore alla CMC), esso si dispone all'interfase acqua-aria con le catene idrofobiche verso l'aria e le teste polari verso la fase acquosa. Quando la concentrazione di tensioattivo aumenta la superficie sarà satura e le molecole di tensioattivo cominceranno a disporsi liberamente nella soluzione come monomeri. Aggiungendo ancora tensioattivo si arriverà alla cosiddetta CMC dove i monomeri liberi cominceranno ad aggregare in micelle, ossia strutture sferiche in cui le code idrofobe dei tensioattivi sono rivolte verso l’interno e le teste idrofile, sono rivolte verso l’esterno poiché affini all’acqua. La formazione di sistemi micellari comporta una netta variazione delle proprietà chimico-fisiche del sistema stesso. Monitorando l'andamento di determinati parametri come la conduttanza in funzione della concentrazione del tensioattivo in soluzione, è possibile determinare il valore della CMC del tensioattivo utilizzato in quel solvente. Dall’esperimento si nota che la pendenza della retta al di sopra della CMC è minore rispetto a quella al di sotto di tale valore; ciò sta ad indicare che per una stessa variazione di concentrazione di tensioattivo, la variazione di conduttanza specifica della soluzione è minore per il sistema micellare che per il tensioattivo libero. La formazione delle micelle infatti comporta una diminuzione di cariche libere rispetto a quelle che sarebbero presenti nel tensioattivo libero a quella data concentrazione, con la conseguente diminuzione del valore di conduttanza. Questo è dovuto al fatto che il controione viene assorbito sulle teste polari delle micelle e non può più partecipare al fenomeno di conduzione.

Per quel che riguarda il fenomeno “occhiometrico” si osserva presenza di schiuma persistente al di sopra della CMC, assenza di schiuma al di sotto e presenza di schiuma non persistente intorno alla CMC. Il potere schiumogeno, ossia la capacità di formare schiuma (una dispersione di un gas in un mezzo liquido in questo caso) è favorito dalla presenza di tensioattivi, maggiormente se carichi ed è dipendente dalla concentrazione. Il fenomeno è correlato al potere detergente ed emulsionante dello sporco da parte delle micelle.

Domande-stimolo per la discussione

Pre-esperimento

• Che cos’è il CTAB?

• Che cosa sono le micelle?

• Cosa accade se si aggiunge tensioattivo ad un volume d’acqua?

• Cosa accade se si aumenta gradualmente la concentrazione di tensioattivo?

Post-esperimento

• A cosa si può ascrivere il fenomeno osservato?

• Che cos’è la schiuma?

• Perché aumentando la concentrazione di tensioattivo aumenta la presenza di schiuma?