表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定.docx

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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

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一、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

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MicrosoftExcel作图。

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：

4.1.1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

4.1.2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。

4.1.3实验数据记录及处理：

数据记录：

蒸馏水：

811Pa

SDS（mol/l）

0.002

0.004

0.006

0.008

P（Pa）

635

544

473

502

蒸馏水：

464Pa

SDS（mol/l）

0.01

0.012

0.014

0.016

0.02

P（Pa）

227

231

236

240

243

查表得17度时水的表面张力δ=73.19

由实验得△P1max=811pa得k1=△Pmax／σ水=11.08△P2=474PaK2=5.864

C（mol/l）

δ（10^-3N*m-1）

lgc

0.002

15.8845

-2.69897

0.004

24.09747

-2.39794

0.006

30.50542

-2.22185

0.008

27.88809

-2.09691

0.01

40.416

0.012

39.734

-1.92082

0.014

38.881

-1.85387

0.016

38.199

-1.79588

0.02

37.688

-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

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0.002mol·dm-3十二烷基硫酸钠溶液于50ml烧杯中，打开电导率仪，测其电导值，记录数据。

3按以上步骤分别测量0.004，0.006，0.008，0.01，0.012，0.014，0.016，0.02mol/l十二烷基硫酸钠溶液电导值每个溶液的电导读数三次，取平均值。

3．列表记录各溶液对应的电导。

数据记录：

C（mol/l）

0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

0.012

0.014

0.016

0.020

K（10^3ms/μm

0.21

0.30

0.41

0.48

0.60

0.61

0.702

0.78

0.84

由此得

C（mol/l）

K（ms/cm）

C^1/2

0.002

0.21

0.044721

0.004

0.3

0.063246

0.006

0.41

0.07746

0.008

0.48

0.089443

0.01

0.6

0.1

0.012

0.61

0.109545

0.014

0.702

0.118322

0.016

0.78

0.126491

0.02

0.84

0.141421

由图中转折点得CMC=0.011mol/l

误差计算：

（0.012-0.011）/0.012=8.33％

由图中转折点得CMC=0.011mol/l误差计算：

（0.012-0.011）/0.012=8.33％

结论：

用电导法测SDS的CMC误差较小，实验成功；作K—C图和作K—C^1/2效果差不多

结果与讨论由上两个实验方法的测得cmc存在误差，实验误差来源有可能是以下几个方面①：

操作过程中仪器，人工带来的不可避免的误差。

比如最大气泡法，控制气泡的速度是人的行为这样很容易造成误差。

②：

配制溶液的时候，称量与定容的时候也会造成误差，这是电导法和最大气泡法都容易出现的.③：

还有就是测定的数据本来就不多，这样来确定转折点也是很片面的。

电导法所用仪器比较简单，只用电导率仪测电导率就可以了，测定步骤也很简单，数据处理也较为简单。

相对误差小。

气泡法用数字式微压差量仪，仪器老化，所测数据较为模糊，而且操作比电导法稍微复杂，很难控制气泡单个逸出，而且逸出的速度也不够均匀。

随着实验的进行，压力差也极为不稳定，而且数据处理也较为复杂，测得的临界胶束浓度误差较大。