В водных растворах коллоидных ПАВ при очень низких концентрациях, соответствующих критической концентрации мицеллообразования (ККМ), образуются сферические мицеллы, которые содержат от 20 до 100 молекул и характеризуются узким распределением частиц по размерам. При увеличении концентрации ПАВ происходит переход мицеллы из одной формы в другую (цилиндрическую, дискообразную и т. д.) при соответствующей критической концентрации ККМ2, ККМ3 и т. д.

В работе для определения ККМ используется кондуктометрический метод и метод, основанный на измерении поверхностного натяжения.

Кондуктометрическое определение ККМ основано на измерении концентрационной зависимости электропроводности растворов ионогенных ПАВ. В области концентраций до ККМ зависимости удельной и эквивалентной электропроводности от концентрации ПАВ соответствуют аналогичным зависимостям для растворов средних по силе электролитов. При концентрации, соответствующей ККМ, на графиках зависимостей наблюдается излом, обусловленный образованием сферических ионных мицелл. Подвижность ионных мицелл меньше подвижности ионов и, кроме того, значительная часть противоионов находится в плотном слое Гельмгольца, что существенно уменьшает электропроводность раствора ПАВ. Поэтому при увеличении концентрации ПАВ больше ККМ эквивалентная электропроводность более резко уменьшается, а возрастание удельной электропроводности значительно ослабляется.

По изменению удельной электропроводности χ можно также определить ККМ2 (рисунок 10).

Поверхностное натяжение водных растворов ПАВ уменьшается с ростом концентрации вплоть до ККМ. Изотерма σ = f ( ln cПАВ ) в области низких концентраций ПАВ имеет криволинейный участок, на котором в соответствии с уравнением Гиббса адсорбция на межфазной границе возрастает с ростом концентрации. При определенной концентрации cm криволинейный участок изотермы переходит в прямую с постоянным значением dσ / d ln c, т. е. адсорбция достигает постоянного и максимального значения. В этой области на межфазной границе формируется насыщенный мономолекулярный адсорбционный слой. При дальнейшем увеличении концентрации ПАВ (cПАВ > ККМ) в объеме раствора образуются мицеллы и поверхностное натяжение практически не изменяется. ККМ определяется по излому изотермы при выходе ее на участок, параллельной оси ln c.

Измерение поверхностного натяжения позволяет определять ККМ как ионогенных, так и неионных ПАВ.

Рисунок 10 – Зависимость удельной электропроводности раствора χ ионогенного ПАВ от его концентрации.

Исследуемые ПАВ необходимо тщательно очищать от примесей, поскольку их присутствие может явиться причиной появления минимума на изотерме при концентрациях, близких к ККМ.