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表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定 姓名：姓名：学号：学号：温度：温度：日期：日期： 一、实验目的实验目的 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．设定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，在低浓度是成分散状态，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 度再增加，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。 以胶束形式存在与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（见下图） ，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等。 三、实验要求 1．根据本实验提供的仪器与药品：表面张力测定仪；电导率仪； 超级恒温槽；十二烷基硫酸钠(SDS)。设计出 2 种以上测定 CMC 的实验方法，用这些方法测定表面活性剂的 CMC。 2．确定表面活性剂溶液的浓度范围，写出实验操作步骤，并指 出实验的注意事项。 3．采用多种数据处理方法确定CMC。例如：在表面张力法的处 理数据时，可以作 σ－c 曲线图,由转折点确定 CMC；也可以由 四个低浓度点和四个高浓度点分别作两条 σ －lgc 直线，由两线 的交叉点确定 CMC。而在用电导法时，可以作κ －c 曲线，也可 以作 Λm－c 曲线。 指出转折点明显直观， 误差小的数据处理方法。 4．对 2 种方法测得的数据进行比较，据此分析两种方法的优缺 点。 5．实验报告必须打印，数据处理用 Origin 软件或用 Microsoft Excel 作图。 四、参考文献四、参考文献 1、复旦大学等编， 《物理化学实验》 （第三版修订本）[M]. 高等 教育出版社，2004 年。 2、 蔡亮.电导法测定临界胶束浓度及胶束电动力学模型的建立[J]. 大学化学. 2003（2） ：54-56 最大气泡法及原理：最大气泡法及原理： 4.1.14.1.1原理原理 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。测定液体表面张力的方法很多 ,本实验用最大气泡压力 法。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、压力大到一定值时管端气泡破 裂吹出, 压力突然下降。根据Laplace 方程, 最大压力差△PMax与 液体表面张力σ 及毛细管半径 r 有下述关系 △PMax=2σ /r =kσ 用同一根毛细管半径 r 值一定,△PMax与σ 成正比, 所以已知水的 表面张力，通过测定△PMax 水，可求出 k=△PMax/σ水。再测得不同 浓度 SDS 水溶液的△PMax，求得对应的σ ，通过σ 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两条 σ －lgc 直线，由两线的交 叉点确定 CMC 4.1.24.1.2步骤步骤 调节恒温水浴至 25℃ 测定毛细管常数 将测定管﹑毛细管洗净，在测定管中注入蒸馏水，试管内液 面刚好与毛细管管口相切，慢慢打开抽气瓶活塞，使气泡速率稳 定，此时数字式微压差测量仪的最大读数约在 700-800Pa 之间， 读取最大值三次，取平均值。 ③测定 SDS 水溶液的表面张力 根据上述步骤②分别测定 1-9 号不同浓度 SDS 水溶液， 从稀 到浓依次进行。每次测量前必须用少量被测液洗涤测定管，尤其 是毛细管部分， 同时要保证前四组的△PMax 递减， 后四组递增， 总体呈现先减后增的趋势，如哪一组出现异常，则关掉抽气瓶活 塞，重测（不用换溶液）直到数据正常。 4.1.34.1.3实验数据记录及处理：实验数据记录及处理： 数据记录：数据记录： 蒸馏水：蒸馏水：811Pa811Pa SDS(mol/l)SDS(mol/l)0.0020.002 P(Pa)P(Pa)635635 0.0040.004 544544 0.0060.006 473473 0.0080.008 502502 蒸馏水：蒸馏水：464Pa464Pa SDS(molSDS(mol0.010.01 /l)/l) P(Pa)P(Pa) 查表得 17 度时水的表面张力δ = 73.19 由实验得 △P1max=811pa得 k1=k1=△△PmaxPmax／／σσ 水水=11.08=11.08 △△ P2=474Pa K2=5.864P2=474Pa K2=5.864 227227231231236236240240243243 0.0120.0120.0140.0140.0160.0160.020.02 C(mol/l) 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.02 δ(10^-3N*m-1) 15.8845 24.09747 30.50542 27.88809 40.416 39.734 38.881 38.199 37.688 lgc -2.69897 -2.39794 -2.22185 -2.09691 -1.92082 -1.85387 -1.79588 -1.69897 由图上转折点得 CMC:0.013mol/l误差计算（0.013-0.012） /0.012=8.33％（文献值 CMC: 0.012mol/l） 令-9.2073x+21.893=22.763x+78.175 得 x= - 1.757631302 即 lgc= -1.757631302 得 c=0.01747mol/l 即 CMC=0.01747mol/l 误差计算： （0.01747-0.012）/0.012=45％ 结论：相对而言作σ——c 图更准确。 电导法电导法 原理： 在溶液中对电导有贡献的主要是带长链烷基的表面活性剂 离子和相应的反离子，而胶束的贡献则极为微小。从离子贡献大 小来考虑， 反离子大于表面活性剂离子。 当溶液浓度达 CMC 时， 由于表面活性剂离子缔合成胶束，反离子固定于胶束的表面，它 们对电导的贡献明显下降， 同时由于胶束的电荷被反离子部分中 和，这种电荷量小，体积大的胶束对电导的贡献非常小，所以电 导急剧下降。 对于离子型表面活性剂溶液，当溶液浓度很稀时，电导的变 化规律也和强电解质一样；但当溶液浓度达到临界胶束浓度时， 随着胶束的生成，电导率发生改变，摩尔电导急剧下降，这就是 电导法测定 CMC 的依据。 本实验利用电导仪测定不同浓度的十二烷基硫酸钠水溶液 的电导值（或摩尔电导率） ，并作电导值（或摩尔电导率）与浓 度的关系图，从图中的转折点即可求得临界胶束浓度。 三、实验步骤 1．测量实验室温度 2．吸取 20ml 的 0.002 m