1、电导法测定表面活性剂临界胶束浓度CMC导法测定表面活性剂临界胶束浓度(CMC)实验课题电导法测定表面活性剂临界胶束浓度（CMC）实验分组第一小组实验时间2016.5.19 13:40-2016.5.1 18.00实验者高蕊丽 韩慧敏 张秀丽 张婷婷 高蕊丽 双亚洲 杨菊转 要昕 王辉 韩强明 王爱民 赵小龙 赵露 张秀丽室温开始14大气压开始85.01kPa结束26结束86.20kPa一.实验目的与要求 (1)了解表面活性剂的特性及胶束形成原理。 （2)用电导法测定十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度。 (3)掌握电导率仪的使用方法。二.实验仪器及药品 仪器:DDS-307型电导率仪2台；电导电极2支
2、；恒温水浴1套；500mL容量瓶4只，100mL容量瓶12只。试剂:0.050mol/L十二烷基硫酸钠(分析纯)；0.050mol/L十二烷基苯磺酸钠（分析纯）；0.050mol/L十六烷基三甲基溴化铵（分析纯）；0.050mol/L十二烷基三甲基溴化铵（分析纯）；氯化钾(分析纯)，电导水。三.实验原理 1.表面活性剂的特性及胶束形成原理。 能使溶液表面张力明显降低的溶质称为表面活性剂，表面活性剂分子是由亲水性的极性基团(通常是离子化)和憎水性的非极性基团(具有8-18个碳原子的直链烃或环烃)所组成的有机化合物。按离子的类型可将其分为三大类： (1)阴离子型表面活性剂 如羧酸盐(肥皂，C17H
3、35COONa)，烷基硫酸盐十二烷基硫酸钠，CH3(CH2)SO4Na,烷基磺酸盐十二烷基苯磺酸钠，CH3(CH2)11C6H5SO3Na等。 (2)阳离子型表面活性剂 主要是胺盐，如十二烷基二甲基叔胺盐酸盐叔胺盐，CH3(CH2)11N(CH3 )2 HCL和十二烷基二甲基苄基氯化铵季铵盐，C12H23(CH3)2(C6H5CH2)NCL.(3)非离子型表面活性剂如聚乙二醇类HOCH2(CH2OCH2)NCH2OH。表面活性剂为了使自己成为溶液中的稳定分子，有可能采取两种途径:一是当它们以低浓度存在于某一体系中时，可被吸附在该体系的表面上，采取极性基团向着水，非极性基团脱离水的表面而向着空气
4、，形成定向排列的单分子膜，从而使表面吉布斯自由能明显降低；二是当溶液浓度增大到一定值时，表面活性剂离子或分子不但在溶液表面聚集而形成单分子层，而且在溶液本体内部表面活性剂的非极性基团相互靠在一起，以减少非极性基团与水的接触面积，当溶液浓度增大到一定程度时，许多表面活性物质的分子立刻聚集成很大的基团，形成“胶束”，如图4-16所示。表面活性物质在水中形成胶束所需要的最低浓度称为临界胶束浓度(critical micelle concentration),以CMC表示。随着表面活性剂在溶液中浓度的增加，球形胶束还有可能变成棒形胶束，以致层状胶束，如图4-17所示。后者可用来制造液晶，它具备各向异性
5、的性质。 在CMC点上，由于溶液的结构改变，导致其物理和化学性质(如表面张力、电导、渗透压、浊度、光学性质等)与浓度的关系曲线出现明显转折，如图4-18所示。这个现象是测定CMC的实验依据，也是表面活性剂的一个重要特征。 CMC是表面活性剂的一种重要特征，CMC越小，则表示这种表面活性剂形成胶束所需浓度越低,达到表面(界面)饱和吸附的浓度越低，只有溶液浓度稍高于CMC时，才能充分发挥表面活性剂的作用，如润湿、乳化、发泡、增溶、洗涤等重要作用。目前表面活性剂广泛用于石油、纺织、农药、采矿、食品、民用洗涤等各个领域。 2.表面活性剂临界胶束浓度的测定原理测定CMC的方法很多，原则上只要是溶液的物理
6、化学性质随着表面活性剂溶液浓度在CMC处发生突变，都可以利用来测定CMC,常用的测定方法有电导法、表面张力法、光散射法、比色法(染料吸附法)，浊度法(增溶法)等。这些方法原理上都是从溶液的物理化学性质随浓度变化关系出发求得的。电导法是经典方法，简便可靠。只限于离子型表面活性剂，此法对于有较高活性的表面活性剂准确性高，但过量无机盐存在会降低测定灵敏度，因此配制溶液应该用电导水。电导法测定离子表面活性剂的CMC相当方便，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
7、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。即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，摩尔电导率急剧下降。这就是电导法测定CMC的依据。本实验利用电导率仪测定不同浓度的十二烷基硫酸钠水溶液的电导率值，计算出相应的摩尔电导率m，然后作m-C图，得相应的曲线，曲线上转折点对应的浓度即为CMC。四、实验步骤 (1).原始溶液的配制 准确称取四个表面活性剂在80干燥3h，用电导水准确配
8、制成0.050mol/L的原始溶液。 （2).溶液的配制分别量取0.050mol/L原始溶液4mL、8mL、12mL、14mL、16mL、18mL、20mL、24mL、28mL、32mL、36mL、40mL，稀释至100mL。各溶液的浓度分别为0.002mol/L、0.004mol/L、0.006mol/L、0.007mol/L、0.008mol/L、0.009mol/L、0.010mol/L、0.012mol/L、0.014mol/L、0.016mol/L、0.018mol/L、0.020mol/L。见图1-1所示。图1-1 溶液的配置 图1-2 25恒温加热 图1-3电导率仪的校正 （3)
9、.恒温槽恒温至(250.1)0C见图1-2所示。 (4).电导率仪的校正 见图1-3所示。 (5).测定电导电极常数Kcell 首先用蒸馏水洗净烧杯和电极，在烧杯中装入适量的0.Olmol/L的KCL标准溶液。由教材后附录中查出测定温度下0.01mol/L的KCL标准溶液的电导率值。接下来进行校准仪器，温度采用不补偿方式，量程选择开关指向“”，待仪器读数稳定后，调节常数补偿旋钮，使仪器显示值与标准溶液的电导率值一致。最后量程选择开关指向“检查”，仪器的显示值即为该电极的电极常数。如:显示值为92.6S/cm，则该电极的电极常数为0.926；显示值为102.2S/cm，则该电极的电极常数为1.0
10、22。 (6).溶液电导率的测定 用电导率仪从稀溶液到浓溶液分别测定电导率。用后一个溶液荡洗接触过前一个溶液的电导电极和容器3次以上，各溶液测定前必须恒温10min,每个溶液的电导率读数3次，取平均值。 (7).调节恒温水浴温度至(400.05)oC。重复上列步骤（4)、（5），测定40.0时各溶液的电导率。（8）.实验结束后洗净电导池和电极，测量电导水的电导率。五【实验注意事项】 (1).配制的溶液须保证表面活性剂完全溶解。 (2).电解质溶液的电导率随温度的变化而改变，因此，在测量时应保持被测体系处于恒温条件下。 (3).使用前，先清洗电导电极，清洗时两个铂片不能有机械摩擦。可用电导水淋洗
11、，然后将其竖直，用滤纸轻吸，将水吸净，但不能用滤纸擦铂片。使用过程中其电极片必须完全浸人到所测的溶液中。使用完后，电极必须保持干燥。(4).注意电导率仪应由低到高的浓度顺序测量样品的电导率。十二烷基硫酸钠质量：7.202g 十二烷基苯磺酸钠质量：8.720g十二烷基三甲基溴化铵质量：7.703g 十六烷基三甲基溴化铵质量：9.109g水的电导率:0.44*103S/cm、0.78*10S/cm 1.十二烷基硫酸钠25时的实验数据编号123456789101112浓度/（10-3mol/l)2.004.006.007.008.009.0010.012.014.016.018.020.0K103/
12、(us/cm)0.240.360.480.540.580.620.640.780.860.920.981.34k/(s/m)00240.0360.0480.0540.0580.0620.0640.0780.0860.0920.0980.134m*10-3/(s*m2/mol)12987.77.26.86.46.56.15.85.46.740时的实验数据编号123456789101112浓度/（10-3mol/l)2.004.006.007.008.009.0010.012.014.016.018.020.0K103/(us/cm)0.310.500.630700.760820.891.001.
13、101.221.301.34K/(s/m)0.0310.0500.0630.0700.0760.0820.0890.1000.1100.1220.1300.134m*10-3/(s*m2/mol)15.512.5105109.59.18.98.37.857.67.26.72.十二烷基苯磺酸钠25时的实验数据编号123456789101112浓度/（10-3mol/l)2.004.006.007.008.009.0010.012.014.016.018.020.0K10-3/(us/cm)1.352.202.903.313.734.114.415.235.916.417.027.31K/(s/m
14、)0.1350.2200.2900.3310.3730.4110.4410.5230.5910.6410.7020.731m*10-3/(s*m2/mol)67.555.048.347.346.645.744.143.642.240.139.036.640时的实验数据编号123456789101112浓度/（10-3mol/l)2.004.006.007.008.009.0010.012.014.016.018.020.0K103/(us/cm)1.812933.914.324.755.225.656.817.418.118.769.27K/(s/m)0.1810.2930.3910.4320
15、.4750.5220.5650.6810.7410.8110.8760.927m*10-3/(s*m2/mol)90.573.265.261.759.458.056.556.852.950.748.746.43.十二烷基三甲基溴化铵 25时的实验数据编号123456789101112浓度/（10-3mol/l)2.004.006.007.008.009.0010.012.014.016.018.020.0K103/(us/cm)0.270.440600670.740.820.901.101.201.271.291.32K/(s/m)0.0270.0440.0600.0670.0740.0820
16、.0900.1100.1200.1270.1290.132m*10-3/(s*m2/mol)13.511.010.09.579.259.119.09.178.577.947.176.640时的实验数据编号123456789101112浓度/（10-3mol/l)2.004.006.007.008.009.0010.012.014.016.018.020.0K103/(ms/cm)0.350.570.770.870.961.071.151.411.561.671.751.76K/(s/m)0.0350.0570.0770.0870.0960.1070.1150.1410.1560.1670.17
17、50.176m*10-3/(s*m2/mol)17.514.312.8312.4312.011.8911.511.7511.1410.449.728.84.十六烷基三甲基溴化铵25时的实验数据编号123456789101112浓度/（10-3mol/l)2.004.006.007.008.009.0010.012.014.016.018.020.0K102/(ms/cm)0941.001.051.071.111.121.151.201.251.301.351.49K/(s/m)0.00940.010.01050.01070.0111001120.01150.0120.01250.0130.01
18、350.015m*10-3/(s*m2/mol)4.72.51.751.531.391.241.151.00.890.810.750.7540时的实验数据编号123456789101112浓度/（10-3mol/l)2.004.006.007.008.009.0010.012.014.016.018.020.0K102/(ms/cm)0.160.220.240.260.280.300.340.400.410.450.470.50K/(s/m)0.0020.00220.00240.00260.0030.0030.00340.004000410.00450.00470005m*10-3/(s*m2
19、/mol)0.80.550.40.370.380.330.340.330.290.280.260.2525oC十二烷基硫酸钠的CMC=0.009mol/L 40OC十二烷基硫酸钠的CMC=0.009mol/L 25oC十二烷基苯磺酸钠的CMC=0.01mol/L 40oC十二烷基苯磺酸钠的CMC=0.01mol/L 25oC十二烷基三甲基溴化铵的CMC=0.01mol/L 40oC十二烷基三甲基溴化铵的CMC=0.01mol/L25oC十六烷基三甲基溴化铵的CMC=0.008mol/L 40oC十六烷基三甲基溴化铵的CMC=0.10mol/L 七思考与讨论 1.实验中影响临界胶束浓度的因素有哪
20、些？答.(1)表面活性结构的影响疏水基相同，离子型表面活性剂的CMC比非离子型表面活性剂大，大约两个数量级；同系物中，疏水链长增加，CMC下降；碳氟链表面活性剂的临界胶团浓度显著低；表面活性剂化学结构的影响：a.疏水基有分枝，CMC上升；b.亲水基位于疏水链中，CMC上升；c.疏水链上带有其它极性不饱和的基团，CMC上升；离子型表面活性剂在疏水基相同时，反离子变换影响较小，但若反离子由一价变为二价，则表面活性剂的CMC下降约一个数量级；非离子表面活性剂，聚氯乙烯链越长，CMC越大。 (2)添加剂的影响无机盐：使离子型表面活性剂的CMC显著降低对非离子型表面活性剂的CMC影响不如对离子型表面活性
21、剂明显，电解质浓度较高时才产生可觉察效应；极性有机物：a.中等长度或更长的极性有机物，可显著降低表面活性剂的CMC；b.低分子量的强极性有机物（如尿素），可破坏水结构，使胶团不易生成，CMC上升；c.低分子量醇兼有两类的作用（少量降低CMC，大量加入升高CMC）。 （3）温度的影响离子型表面活性剂受温度影响较小；非离子型表面活性剂随温度上升CMC下降。2.若要知道所测得的临界胶束浓度是否正确，可用什么实验方法检验之？答：可以通过其他试验方法测定同温度下的CMC，比较检验该方法测得的CMC是否准确。如表面张力法或紫外光谱法等。3.非离子型表面活性剂能否用本实验方法测定临界胶束浓度？为什么？若不能，则可用何种方法测定？答：不能，因为本实验时采用电导法测电导与浓度变化关系的转折点来确定临界胶束浓度，非离子型表面活性剂可导电的离子少，不能用电导法测，可以用表面张力和渗透压法测定。4.非离子型表面活性剂能否用本实验方法测定临界胶束浓度？为什么？若不能，则可用何种方法测定？答：不能，因为本实验时采用电导法测电导与浓度变化关系的转折点来确定临界胶束浓度，非离子型表面活性剂可导电的离子少，不能用电导法测，可以用表面张力和渗透压法测定。
