表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定

表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定一、实验目的及要求1. 了解表面活性剂溶液临界胶束浓度（CMC）的定义及常用测定方法。2. 设计两种或两种以上实验方法测定表面活性剂溶液的CMC.二、实验原理 凡能显著降低水的表面张力的物质都称为表面活性剂。当表面活性剂溶入极性 很强的水中时，在低浓度时呈分散状态，并且三三两两地把亲油集团靠拢而分 散在水中，部分分子定向排列于液体表面，产生表面吸附现象。当溶液表面吸 附达到饱和后，浓度在增加时，表面活性剂分子会自相缔合，即疏水的亲油集 团相互靠拢，而亲水的极性基团与水接触，这样形成的缔合体称为胶束。以胶 束形式存在于水中的表面活性物质是比较稳定的。表面活性物质在水中形成胶 束所需的最低浓度称为临界胶束浓度（CMC）。在CMC附近由于溶液的结构改变 导致其许多性质发生突变，这种现象是测定CMC的实验依据，也是表面活性剂 的一个重要特征。所以测定CMC的方法有很多，比如表面张力法、电导法、折 光指数法和染料增溶法等。三、仪器与试剂表面张力测定仪、电导率仪、超级恒温槽、十二烷基磺酸钠一系列浓度的溶液。四、实验方法4.1.最大气泡压力法及原理表面活性剂溶液的表面张力随浓度的变化在CMC处同样出现转折，本实 验用最大气泡压力法测，这一方法是将毛细管刚好与待测溶液面接触，在毛细 管内加压，管端将在液体内形成一气泡，压力达到一定值时管端气泡破裂吹出，压力突然下降，根据Laplace方程, 大压力差Pmax与液体表面张力o及毛细管半径r有下述关系， Pmax=2 o/ r=k o。用同一根毛细管半径r值一定，APmax与o成正比，所以已知水的表 面张力，通过测定Pmax水，可求出k=APmax/o水，再测得不同浓 度表面活性剂的水溶液的Pmax,求得对应的o,通过o对表面活性 剂的浓度c作图，由曲线的转折点来确定CMC值，或通过由四个低浓度 点和四个高浓度点分别作o-lgc直线，由两线的交叉点确定CMC.4.1.1实验数据及处理表1.压力差于浓度的关系序号12345678浓度(mol L)0.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.016P (pa)535485465456426443460466539479465454427444459463533488464451424442462465Pmax (pa)535.7484464.7453.7425.7443460.3464.7o (N/m)61.0755.1852.9752.1448.9650.9552.9453.44lgc-2.6989-2.3979-2.2218-2.0969-2.0000-1.9208-1.8538-1.7959图1.YAxis TitleJUlUlU1UHLJ1£Dq rodM-sUdbcBohJ-I . I I I H I . I I I 1 I . IX H 0009630094043 Y H 48,95845030-os CIQ0KJ口004 0CI0G 0008 Dbs04-12 Qo益 db亠费X Ax示 Tills®2YAxis Title IBX Axiofi一一一一击A 94.&BC25BLinear Fit Dalal BB 22.5J3621-2.00-1.95-1.90-t.85-1.80X Axis Title结论：由表面张力对浓度作图，如图1,得出CMC值为000963，图2,得出两条直线交点值为CMC值0. 01053,与理论值比较得误差分别为1.7%和7.4%。4.2电导法及其原理对于离子型表面活性剂，当溶液浓度很稀时，电导的变化规律与一般强电解质 相似，表面活性剂完全解离为离子，随着温度上升，电导率近乎直线上升，但 当溶液浓度达到临界胶束浓度时，随着胶束的形成，胶束定向移动速率减慢，K 仍随着浓度增大而上升，但变化幅度减小，摩尔电导率也急剧下降，利用K-C 曲线的转折点求CMC或利用摩尔电导率对浓度C作图，转折点即CMC值。4.2.1实验数据及处理表2.电导率与浓度的关系序号123456789浓度(mol L)0.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.02K(ms/cm)0.1800.3480.4730.5960.6530.7610.8310.9180.954A m908778.874.565.363.459.457.447.7(ms/cm mol)O.QQO 0.002 Q.0Q4 QSQO6 Q.QQ O.Q1O Q.Q120.014 Q.Q16 0.016 Q.OZO Q Q22X Asis. TitleI 1 I 1 I 1 I1 It3 000 Q.002 a 004 o 0O& 0 00& 0,010 c 012 CJ £114 o 016 0 018 0 020 0.022X Ax is Title图2.结论：由电导率对浓度作图和摩尔电导率对浓度作图，得CMC值为0.00909,与理论值比较得误差为7.2%。五、结果与讨论：5.1两种方法的比较：比较两种方法可知最大气泡压力法测得结果更明显， 电导法测得结果虽不如最大气泡压力法，到也可明显看出转折位置，而且电导 法操作简便，只要操作规范，人为误差较小，但与理论值比较最大气泡压力法 更理想，且应是表面张力对浓度作图。5.2实验注意事项：(1) 每次测定前毛细管应清洁干净，毛细管和测定管必须润洗，毛细管不能被 气泡堵住也不可有污物，否则影响气泡冒出，毛细管端应与液面刚好相切。(2) 气泡要缓慢均匀冒出，否则造成AP变大带来误差。(3 )若溶液未测时气泡太多，可加一定量的消泡剂，切不可多加，否则影响表面张力。(4)溶液浓度要配置准确，试管要干净、干燥，每次测量时擦干电极并用待测液润洗。六、参考文献：6.1 <<物理化学>>(第五版 南京大学化学化工学院,傅献彩 沈文霞 姚天扬 侯文华编)6.2文献值25£： CMC=0.0098mol L20T： CMC=0.012mol L30T： CMC=0.0087mol L