电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度实验报告.docx
- 文档编号:2463357
- 上传时间:2023-05-03
- 格式:DOCX
- 页数:10
- 大小:21.11KB
电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度实验报告.docx
《电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度实验报告.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度实验报告.docx(10页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度实验报告
电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度实验报告
电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度
实验十七电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度
一、目的要求
1.用电导法测定十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度2.了解表面活性剂的特性及胶束形成原理3.掌握电导仪的使用方法
二、基本原理
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,以CMC表示。
在CMC点上,由于溶液的结构改变导致其物理及化学性质(如表面张力、电导、渗透压、浊度、光学性质等)同浓度的关系曲线出现明显的转折,如图1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。
表面活性剂成为溶液中的稳定分子可能采取的两种途径:
1、是把亲水基留在水中,亲油基伸向油相或空气;2、是让表面活性剂的亲油基团相互靠在一起,以减少亲油基与水的接触面积。
前者就是表
面活性剂分子吸附在界面上,其结果是降低界面张力,形成定向排列的单分子膜,后者就形成了胶束。
由于胶束的亲水基方向朝外,与水分子相互吸引,使表面活性剂能稳定地溶于水中。
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.调节恒温水浴温度至25℃
2.吸取10ml的0.02mol〃dm-3十二烷基硫酸钠溶液于100ml烧杯中,依次移入恒温后的电导水2ml、3ml、5ml、5ml、5ml、5ml、10ml、10ml、10ml、20ml,搅拌,分别测其电导率。
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,并换算成电导率或摩尔电导率。
四、数据记录与处理
表一:
环境条件
表二:
实验数据记录
T=25℃
由上表作
出电导值(或摩尔电导率)与浓度的关系图如下:
由图可知,两条折线相交点32451x+27787=59943x+65.301解得:
x=7.73×10mol·dm
即CH3(CH2)11SO4Na的CMC为:
7.73×
10
mol·dm
-3
-3
-3
-3
误差分析:
1、在实验过程中,恒温水浴的温度出现波动。
2、量取的十二烷基硫酸钠溶液和电导水的体积不够精确,将他们混合搅拌不够均匀造成误差。
五、思考题
1.溶解的表面活性剂分子与胶束之间的平衡同温度和浓度有关,其关系式可表示为:
试问如何测出其热效应值?
答:
准确配臵所需要的溶液,求出各个浓度时的电导值,作出电导值(或摩尔电导率)与浓度的折线图求出转折点处临界胶束浓度,即CMC的值,根据溶解的表面活性剂分子与胶束之间的平衡同温度和浓度关系式
即可求出其热效应值△H。
2.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:
表面张力既可用于离子型表面活性剂的测定,也可用于非离子型表面活性剂的测定;而电导法只适用于离子型表面活性剂的测定。
篇二:
电导法测定表面活性剂临界胶束浓度(CMC)
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;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,C17H35COONa),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)2HCL]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,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(criticalmicelleconcentration),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Λm,然后作Λm-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1-225℃恒温加热图1-3电导率仪的校正(3).恒温槽恒温至(25±0.1)C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“Ⅲ”,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92.6μS/cm,则该电极的电极常数为0.926;显示值为102.2μS/cm,则该电极的电极常数为1.022。
(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(40±0.05)C。
重复上列步骤(4)、(5),测定40.0℃时各溶液的电导率。
o
(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,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*10μS/cm、0.78*10μS/cm1.十二烷基硫酸钠
3
25℃时的实验数据
2.十二烷基苯磺酸钠
篇三:
电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度
电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度
班级:
2010级1班学号:
20105051181姓名:
芦洋成绩:
一、实验目的
1、了解表面活性剂的特性及胶束形成原理;2、掌握电导率仪的使用方法;
3、用电导法测定十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度。
二、实验原理
由具有明显“两亲”性质的分子组成的物质称为表面活性剂。
这一类分子既含有亲油的足够长的(大于10个碳原子)烃基,又含有亲水的极性基团(离子化的)。
如肥皂和各种合成洗涤剂等。
表面活性剂分子都是由极性和非极性两部分组成的,若按离子的类型分类,可分为三大类:
1、阴离子型表面活性剂:
如羧酸盐(肥皂,C17H35COONa),烷基硫酸钠(十二烷基硫酸钠,CH3(CH2)11SO4Na),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(RN(CH3)2HCl)和十二烷基二甲基氯化胺(RN(CH3)2Cl)。
3、非离子型表面活性剂:
如聚氧乙烯类(R-O-(CH2CH2O)nH)。
当表面活性剂溶于水中后,不但定向地吸附在水溶液表面,而且达到一定浓度时还会在溶液中发生定向排列而形成胶束(图1);
随着表面活性剂在溶液中浓度的增长,球形胶束还可能转变成棒形胶束,以至层状胶束。
如图2所示。
后者可用来制作液晶,它具有各向异性的性质。
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,以
CMC
表示。
在CMC点上,由于溶液的结构改变导致其物理及化学性质(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3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。
。
本实验通过测定不同浓度的十二烷基磺酸钠水溶液的电导率,并作电导率-浓度关系图,由图中的转折点即可求出十二烷基磺酸钠水溶液在该温度下的临界胶束浓度。
图2胶束的球形结构和层状结构示意图
图325℃时十二烷基硫酸钠水溶液的物理性质和浓度的关系
三、仪器和试剂
DDS-6700型电导率仪容量瓶(100mL)
DJS-1A型铂黑电极移液管(5mL,10mL,20mL,50mL)恒温水浴十二烷基硫酸钠(分析纯)烧杯试管(大)四、实验步骤
1、将0.020mol·L-1的十二烷基硫酸钠溶液准确稀释成浓度分别为
0.002,0.006,0.007,0.008,0.009,0.010,0.012,0.014,0.016,和0.018mol·L
-1
的溶液;
2、开通电导率仪和恒温水浴的电源预热20min,调节恒温水浴温度至25℃;3、用电导率仪从稀到浓分别测定上述各溶液的电导率。
用后一个溶液荡洗存放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;4、列表记录各溶液对应的电导率;5、实验结束后用蒸馏水洗净试管和电极。
五、数据记录与处理
1、列表记录实验数据:
恒温水浴温度为25℃
(注:
浓度:
mol/L,电导率:
S/m)
2、作出电导率与浓度的关系图,从图中转折点处找出临界胶束浓度。
六、注意事项
1、稀释十二烷基硫酸钠溶液时,用移液管取、放溶液时均应伸入液面以下,同时应防止振摇猛烈,产生大量气泡影响测定;
2、测定时,可用电导电极搅拌溶液的同时测定电导率,直至电导率不再变化后记录数据;
3、每次测定后,必须用下一个待测溶液充分荡洗电极和烧杯,以免溶液浓度变化引起测定误差;
4、作图时应分别对图中转折点前后的数据进行线性拟合,找出两条直线,这两条直线的相交点所对应的浓度才是所求的水溶性表面活性剂的临界胶束浓度。
七、思考题
1、若要知道所测得的临界胶束浓度是否准确,可用什么实验方法验证之?
答:
实验测得:
25℃时,十二烷基硫酸钠的CMC为0.007mol/L。
重新配制浓度分别为0.006mol/L、0.008mol/L的十二烷基硫酸钠溶液各100mL,用电导率仪测定两溶液在25℃时的电导率分别为k1、k2,实验已测得浓度为0.007mol/L十二烷基硫酸钠溶液在25℃时的电导率为k,则?
k1=k-k1,?
k2=k2-k,若?
k1≠?
k2,而且相差较大,则证明所测得的临界胶束浓度是准确的。
2、溶解的表面活性剂分子与胶束之间的平衡同温度和浓度有关,其关系式可表示为:
dlnCMC/dT=-?
H/(2RT2),试问如何测出其热效应?
H值?
答:
对dlnCMC/dT=-?
H/(2RT2)积分得:
ln(CMC2/CMC1)=?
H*(1/T2-1/T1)/(2R)
分别测定溶解的表面活性剂在温度为T1、T2时的CMC1、CMC2,代入上述积分式,R为摩尔气体常数,即可求出其热效应?
H值。
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:
①不能,电导法测量表面活性剂临界胶束浓度的原理是:
离子型表面活性剂在水中电离,生成离子可以导电,随着表面活性剂浓度的增加,电导率直线增大。
但离子型表面活性剂分子生成胶束后,由于胶束比表面活性剂分子大得多,在水中移动慢得多,故电导率虽仍随着表面活性剂浓度的增大而增大,但增大的
幅度(即直线斜率)变小。
故电导率随浓度变化曲线上,在临界胶束浓度处有一拐点。
对于非离子表面活性剂来说,表面活性剂分子在水中不电离,其溶液的电导率和表面活性剂浓度没有关系,故不能用电导法测定非离子表面活性剂的临界胶束浓度。
②可以用表面张力法测定非离子型表面活性剂的临界胶束浓度。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电导 测定 水溶性 表面活性剂 临界 胶束 浓度 实验 报告