Temperatura di Krafft: concentrazione micellare critica
Il chimico tedesco Friedrich Krafft nell’ambito dei suoi studi sui colloidi scoprì una temperatura detta di temperatura di Krafft alla quale la solubilità dei tensioattivi in acqua aumenta drasticamente.
Secondo la I.U.P.A.C. la temperatura di Krafft, detta anche punto di Krafft, è la temperatura o, più precisamente, l’intervallo di temperatura ristretto al di sopra della quale la solubilità di un tensioattivo sale bruscamente. È meglio determinata individuando il cambiamento improvviso di pendenza di un grafico in cui si riporta la concentrazione in funzione della temperatura
Il chimico tedesco Friedrich Krafft, allievo di Kekulé, trovò che una temperatura costituisce un punto di cambiamento di fase. Al di sotto di essa il tensioattivo rimane in forma cristallina, anche in soluzione acquosa e la solubilità massima del tensioattivo sarà inferiore alla concentrazione micellare critica. Ciò significa che le micelle non si formeranno.
Concentrazione micellare critica e temperatura di Krafft
La concentrazione di tensioattivo alla quale un certo numero di monomeri si aggregano per dar luogo alla formazione di micelle è detta concentrazione micellare critica (CMC). Essa rappresenta il valore di concentrazione di una soluzione contenente un tensioattivo alla quale, raggiunta o superata la temperatura di Krafft un certo numero di monomeri si aggregano per formare una micella. Indicando con S il tensioattivo il processo di formazione delle micelle può essere rappresentato dal seguente equilibrio:
n S ⇄ Sn
in cui Sn è la micella con un grado di aggregazione n.
La formazione delle micelle dai monomeri comporta un equilibrio di associazione-dissociazione rapido e dinamico.
A basse concentrazioni di tensioattivo ovvero in soluzioni diluite le micelle non sono rilevabili. Quando è aggiunto ulteriore tensioattivo la tensione superficiale della soluzione inizia a decrescere rapidamente in quanto una quantità sempre maggiore di tensioattivo si viene a trovare sulla superficie. Quando la superficie diventa satura l’ulteriore aggiunta di molecole di tensioattivo provoca la formazione di micelle: questa concentrazione è detta concentrazione micellare critica.
Nell’applicazione pratica, si è scoperto che quando un singolo tipo di tensioattivo anionico raggiunge il punto Krafft , spesso viene precipitato allo stato solido, riducendo così l’attività superficiale della soluzione, e la combinazione di tensioattivi ionici con la stessa carica produrrebbe un effetto repulsivo.
Il punto Krafft del tensioattivo ionico è direttamente correlato alla lunghezza della sua catena di idrocarburi: a un punto Krafft più alto corrisponde una catena di idrocarburi più lunga. Il punto Krafft aumenta con la natura ionica inferiore del gruppo polare, e quindi è molto sensibile alla valenza del controione.
I tensioattivi anionici formano precipitati con gli ioni calcio e magnesio contenuti nell’acqua dura. A causa dei loro elevati punti Krafft (50 °C per il dodecile solfato di calcio, rispetto a 9 °C per il sale sodico), questi precipitati sono difficilmente solubili a temperatura ambiente
Tuttavia, i tensioattivi anionici hanno attirato l’attenzione dei ricercatori grazie alle loro buone caratteristiche di demulsificazione, decontaminazione , formazione di schiuma e altre caratteristiche, nonché alla loro ampia gamma di applicazioni e al prezzo basso
Grafico
Il grafico della tensione superficiale in funzione della concentrazione del tensioattivo espressa in scala logaritmica è il seguente:
- A basse concentrazioni di tensioattivo è rilevata una minima variazione della tensione superficiale
- L’aggiunta di tensioattivo provoca una drastica diminuzione della tensione superficiale
- Alla concentrazione micellare critica la superficie diventa satura e l’aggiunta di un’ulteriore quantità di tensioattivo non influenza la tensione superficiale
Il valore della concentrazione micellare critica è un parametro importante in un’ampia varietà di applicazioni industriali. Esse coinvolgono l’adsorbimento di molecole di tensioattivo alle interfacce come:
- schiume
- emulsioni
- sospensioni
- rivestimenti di superficie.
La concentrazione micellare critica costituisce inoltre un metodo di caratterizzazione del comportamento colloidale e per lo studio della tensione superficiale.
