DETERMINAZIONE DELLA CMC DELL�fSDS MEDIANTE SPETTROSCOPIA U.V.

Introduzione teorica

In questa esperienza viene determinata la CMC dell�fSDS attraverso misure spettrometriche nell�fUV. Nel range di lunghezze d�fonda esaminato, il tensioattivo non assorbe, quindi non avrebbe senso misurare l�fassorbanza di diverse soluzioni a differenti concentrazioni di tensioattivo per determinare la CMC.

Questa tecnica ci permette di sfruttare la proprietà delle micelle di solubillizzare nel core sostanze idrofobe. Il core delle micelle è formato dalle catene idrocarburiche, che hanno carattere apolare, mentre la superficie di tali micelle è formata dalle teste polari che ne permettono la solubilizzazione in acqua. Il core della micelle si comporta come un idrocarburo liquido costituendo una fase apolare. Per determinare la CMC dell�fSDS si utilizza una molecola sonda che assorbe nel range di lunghezze d�fonda e la cui speciazione varia a seconda che essa si trovi in acqua o in un solvente apolare (core delle micelle). Molecole che hanno queste caratteristiche sono i b-dichetoni, i quali possono esistere in due forme tautomeriche,, chetonica e enolica, tra le quali si stabilisce un equilibrio in soluzione. Il b-dichetone utilizzato in questa esperienza è il benzoilacetone (BZA) e presenta un equilibrio tra le due forme teutomeriche:

Entrambe le forme tautomeriche assorbono nell�fUV, in particolare la forma chetonica a 250 nm mentre la forma enolica a 315 nm.

Nelle soluzioni in cui la concentrazione di SDS è minore del valore della CMC, l�fequilibrio del BZA è spostato verso la forma tautomerica più stabile in acqua, ovvero quella chetonica; a valori al di sopra della CMC è presente anche una fase apolare (il core delle micelle): l�fequilibrio del BZA si sposta verso la forma enolica stabilizzata dalla fase apolare non presente a valori di concentrazione minore della CMC. Attraverso misurazioni di assorbanza di soluzioni a concentrazione di BZA costante (10mg/dm³) ma a concentrazioni di SDS diverse, si registra l�fandamento delle concentrazioni delle due specie tautomeriche nelle varie soluzioni di tensioattivo. Quando avviene un vistoso spostamento dell�fequilibrio dalla parte della forma enolica significa che si sono formate micelle. La CMC viene determinata per via grafica.

Svolgimento

Vengono preparate sette soluzioni di tensioattivo nel �gsolvente�h BZA/H₂O a diverse concentrazioni (2, 4, 6, 9, 12, 15, 18 mM) preparate per diluizione dalla più concentrata (18 mM) ottenuta per pesata.

Dopo la preparazione delle soluzioni viene tarato lo strumento col bianco (acqua milli-Q) nel range 200-360 nm. Si procede misurando l�fandamento dell�fassorbanza delle soluzioni di SDS partendo dalla più diluita. Infine determinare l�fassorbanza delle soluzioni a 250 nm e a 315 nm. Per le misurazioni vengono utilizzate cuvette in quarzo (cammino ottico l pari a 1 cm) che devono essere lavate accuratamente con acqua milli-Q prima e dopo l�fuso.

Calcoli

·      Preparazione soluzione SDS 18 mM per pesata.

PM_SDS=288.38 mg/mmol   M_SDS=1.8*10^{-2 M V}_soluz=100 cm³

·      Preparazione soluzioni SDS diluite.

C_soluz.madre=1.803*10^-2M                 V_finale=25 cm³

Per la preparazione delle soluzioni diluite, i volumi della soluzione madre da prelevare sono stati �garrotondati�h per facilitarne il prelievo.

Raccolta dati, grafico relativo e determinazione CMC

Da questo grafico si possono ottenere due distinti valori di CMC determinati dall�fintersezione delle rette con le polimoniali. I due valori della CMC vengono calcolati risolvendo i seguenti sistemi:

CMC_chetonica                              

Da questo sistema si trovano due possibili valori della CMC: 0.027 M e 6.86*10^{-3 M; dal grafico si deduce che la soluzione corrispondente alla CMC è 6.86*10-3 M}

CMC_enolica

Da questo sistema si trovano due possibili valori della CMC: 0.023 M e 7.28*10^{-3 M; dal grafico si deduce che la soluzione corrispondente alla CMC è 7.28*10-3 M}

Il valore di CMC dell�fSDS è la media aritmetica dei risultati dei due sistemi.

Si ottiene un valore di CMC pari a 7.07*10^{-3 M}

Conclusione teorica

Il valore dell�fassorbanza in funzione della concentrazione della specie che assorbe segue la legge di Lambert-Beer:

dove A è l�fassorbanza ad una determinata l e il coefficiente di estinzione molare, c la concentrazione molare e l il cammino ottico. In questo caso le specie che assorbono in soluzione sono due: la forma chetonica e quella enolica del BZA che assorbono rispettivamente a 250 nm e 315 nm. L�fassorbimento di una soluzione di SDS registrato dallo spettrometro a 250 nm può essere considerato causato solo dalla forma chetonica dato che a quella l e_chetonica >> e_enolica; a l di 315 nm, invece, si ha che e_chetonica << e_enolica  perciò si può considerare che assorbe solo la forma enolica. La variazione dell�fassorbanza delle due specie tautomere nelle diverse soluzioni di SDS è imputabile solo a una variazione di concentrazione delle stesse dato che l e e_l sono costanti. Nelle misurazioni vengono utilizzate cuvette di quarzo e non di vetro perché quest�f ultimo, a differenza del quarzo, assorbe nel range di lunghezze d�fonda  in cui si opera.

Dal grafico e dalla tabella sopra riportati si nota che per le prime tre soluzioni di SDS (2.00 mM, 4.00 mM e 6.00 mM) il valore dell�fassorbanza a 250 nm è maggiore di quello a 315 nm; ciò indica che l�fequilibrio del BZA è fortemente spostato verso la forma chetonica perché è la specie tautomera più stabile in un solvente polare come l�facqua. La quasi assenza della forma enolica a queste concentrazioni di tensioattivo indica che non è presente una fase idrofoba in cui ripartirsi: ciò significa che non si è ancora formato un sistema micellare.

Passando dalla soluzione 6.00 mM a quella 9.00 mM si nota una forte crescita dell�fassorbimento, quindi della concentrazione, della forma enolica e una forte discesa dell�fassorbimento della forma chetonica ; ciò indica che l�fequilibrio del BZA si è spostato verso l�fenolo, spostamento causato dalla formazione in soluzione di una fase apolare quindi di micelle. Per valori di concentrazione di SDS più elevata (15 mM e 18 mM) la variazione dell�fassorbanza delle due specie tautomere tende ad essere nulla (la curva è asintotica) perché la formazione di nuove micelle perturba in maniera irrilevante l�fequilibrio del BZA. Come detto precedentemente il valore della CMC viene determinato per via grafica

Teoricamente i valori di CMC ottenuti per via grafica devono essere identici; in realtà ciò non accade. Questo discostamento è dovuto a errori sperimentali che portano a rette di regressione e curve polinomiali approssimate in modo differente per la forma enolica e per quella chetonica.

Il valore della CMC ottenuto con questo metodo e con quello conduttimetrico è diverso (CMC_spettr=7.07*10^{-3 M, CMC}_cond=8.8*10^{-3 M). Il metodo spettrometrico qui descritto comporta un numero maggiore di operazioni a differenza della conduttimetria: si possono compiere errori di pesata per la preparazione della soluzione madre, errori di prelievo nella preparazione delle soluzioni diluite e errori nel portare a volume le soluzioni; nel metodo conduttimetrico, invece, si possono compiere minori errori di portata a volume, dato che si deve preparare solo una soluzione diluita, e non si compiono errori di pesata.}

Confrontando il grafico ottenuto con il metodo spettrometrico con quello ottenuto con il metodo conduttimetrico si nota che i coefficienti di correlazione (R²) delle varie linee di tendenza sono migliori (più vicino a 1) con la determinazione conduttimetrica. Nel metodo spettrometrico, invece, i valori di R² sono molto minori di 1, ciò indica una minore correlazione tra i valori ottenuti, con la conseguenza di ottenere valori meno accurati di CMC. Per porre rimedio a questo problema si dovrebbe preparare un maggior numero di soluzioni di SDS a concentrazioni sempre più simili; in questo modo si otterrebbe un maggior numero di valori di assorbanza, di conseguenza  degli R² delle linee di tendenza vicini ad 1 e quindi valori di CMC più accurati.