臨界ミセル濃度

臨界ミセル濃度（CMC）とは

コロイド化学と表面化学において、臨界ミセル濃度（Critical Micelle Concentration, CMC）は、界面活性剤が水溶液中でミセルを形成し始める濃度として定義されます。CMCに達すると、それ以上界面活性剤を加えても、界面活性剤は新たにミセルを形成するために使われます。

CMCの重要性

CMCは、界面活性剤の特性を理解する上で非常に重要な指標です。CMCに達するまでは、溶液の表面張力は界面活性剤の濃度に大きく依存して変化します。しかし、CMCを超えると、表面張力の変化は比較的小さくなるか、ほとんど変化しなくなります。

CMCの値は、界面活性剤の種類、溶媒の種類、温度、圧力、そして他の添加物の存在によって影響を受けます。特に、温度が臨界ミセル温度を超えると、ミセルが形成されやすくなります。

例えば、25℃、大気圧の純粋な水中でドデシル硫酸ナトリウム（SDS）のCMCは約8×10⁻³ mol/Lです。

ミセル形成のメカニズム

界面活性剤を水溶液に加えると、界面活性剤分子はまず水と空気の界面に分散し、界面の自由エネルギーを低下させます。これは、界面活性剤の疎水性の部分が水との接触を避けるように配置されるためです。界面が界面活性剤分子で飽和すると、界面活性剤分子は水中で会合し、疎水性の部分を内側に、親水性の部分を外側に向けたミセルを形成し始めます。このミセル形成によって、界面活性剤の疎水性の部分と水との接触面積が減少し、系の自由エネルギーがさらに低下します。

CMCを超えると、さらに界面活性剤を加えても、新しい界面は形成されず、ミセルの数が増加します。理想的な状態では、CMCを超えると、界面活性剤の濃度を上げても表面張力はほとんど変化しません。

CMCの測定方法

CMCは、溶液の様々な物理化学的性質の変化を測定することで決定できます。一般的な方法としては、表面張力、電気伝導率、光学的特性などを測定する方法があります。CMCは測定方法によって異なる値を示すことがありますが、これはミセルの会合状態が単分散であるか多分散であるかによって異なります。

CMCの応用

CMCは、洗剤、乳化剤、分散剤など、様々な産業分野で利用されています。例えば、廃水から界面活性剤を除去する際には、CMCを利用して効率的に分離することができます。

脂質多形

脂質（両親媒性分子）の集合の研究は脂質多形として知られています。

参考文献

S.A. Baeurle, J. Kroener, "Modeling effective interactions of micellar aggregates of ionic surfactants with the Gauss-Core potential", Journal of Mathematical Chemistry. 36, 409-421 (2004).

関連項目

洗剤

外部リンク

Theory of CMC and surface tension measurements
CMCs and molecular weights of several detergents on OpenWetWare

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