表面活性劑溶液臨界膠束濃度的測定的設計性實驗

1、表面活性劑溶液臨界膠束濃度的測定姓名： 學號： 溫度： 大氣壓： 一、實驗目的1了解表面活性劑溶液臨界膠束濃度(CMC的定義及常用測定方法2設定兩種或兩種以上實驗方法測定表面活性劑溶液的CMC二、實驗原理凡能顯著降低水的表面張力的物質(zhì)都稱為表面活性劑。當表面活性劑溶入極性很強的水中時，在低濃度是成分散狀態(tài)，并且三三兩兩地把親油集團靠攏而分散在水中，部分分子定向排列于液體表面，產(chǎn)生表面吸附現(xiàn)象。當溶液表面吸附達到飽和后，濃度再增加，表面活性劑分子會自相締合，即疏水的親油集團相互靠攏，而親水的極性基團與水接觸，這樣形成的締合體稱為膠束。以膠束形式存在與水中的表面活性物質(zhì)是比較穩(wěn)定的，表面活性物質(zhì)在

2、水中形成膠束所需的最低濃度稱為臨界膠束濃度（CMC）。在CMC附近由于溶液的結(jié)構(gòu)改變導致其許多性質(zhì)發(fā)生突變（見下圖），這種現(xiàn)象是測定CMC的實驗依據(jù)，也是表面活性劑的一個重要特征。所以測定CMC的方法有很多，比如：表面張力法、電導法、折光指數(shù)法和染料增溶法等等。三、實驗要求1根據(jù)本實驗提供的儀器與藥品：表面張力測定儀；電導率儀；超級恒溫槽；十二烷基硫酸鈉(SDS。設計出2種以上測定CMC的實驗方法，用這些方法測定表面活性劑的CMC。2確定表面活性劑溶液的濃度范圍，寫出實驗操作步驟，并指出實驗的注意事項。3采用多種數(shù)據(jù)處理方法確定CMC。例如：在表面張力法的處理數(shù)據(jù)時，可以作c曲線圖,由轉(zhuǎn)折點確

3、定CMC；也可以由四個低濃度點和四個高濃度點分別作兩條lgc直線，由兩線的交叉點確定CMC。而在用電導法時，可以作c曲線，也可以作mc曲線。指出轉(zhuǎn)折點明顯直觀，誤差小的數(shù)據(jù)處理方法。4對2種方法測得的數(shù)據(jù)進行比較，據(jù)此分析兩種方法的優(yōu)缺點。5實驗報告必須打印，數(shù)據(jù)處理用Origin軟件或用Microsoft Excel作圖。四、參考文獻1、復旦大學等編，物理化學實驗（第三版修訂本）M. 高等教育出版社，2004 年。 2、蔡亮.電導法測定臨界膠束濃度及膠束電動力學模型的建立J.大學化學. 2003（2）：54-563、武麗艷，尚貞峰，趙鴻喜.電導法測定水溶性表面活性劑臨界膠束濃度實驗的改進J.

4、實驗技術(shù)與管理.2006（2）：29-30表面活性劑溶液臨界膠束濃度的測定姓名 ；班級 ；學號 ; 分數(shù) 1 實驗目的1.1 了解表面活性劑溶液臨界膠束濃度(CMC的定義及常用測定方法。1.2 設定兩種以上實驗方法測定表面活性劑溶液的CMC。2 實驗原理凡能顯著降低水的表面張力的物質(zhì)都稱為表面活性劑。當表面活性劑溶入極性很強的水中時，在低濃度是成分散狀態(tài)，并且三三兩兩地把親油集團靠攏而分散在水中，部分分子定向排列于液體表面，產(chǎn)生表面吸附現(xiàn)象。當溶液表面吸附達到飽和后，進一步增加濃度時，表面活性劑分子會立刻自相締合，即疏水親油的集團相互靠攏，而親水的極性基團與水接觸，這樣形成的締合體稱為膠束。以

5、膠束形式存在與水中的表面活性物質(zhì)是比較穩(wěn)定的，表面活性物質(zhì)在水中形成膠束所需的最低濃度稱為臨界膠束濃度（critical micelle concentration,CMC）。在CMC點上由于溶液的結(jié)構(gòu)改變導致其物理及化學性質(zhì)如表面張力，電導，滲透壓，濁度，光學性質(zhì)等與濃度的關(guān)系曲線出現(xiàn)明顯的轉(zhuǎn)折，這種現(xiàn)象是測定CMC的實驗依據(jù)，也是表面活性劑的一個重要特征。3. 儀器和試劑表面張力測定儀； 電導率儀； 超級恒溫槽； 十二烷基硫酸鈉(SDS4實驗方法表1 實驗中SDS水溶液的濃度序號0123456789濃度/mol.L-1水0.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140

6、.0160.024.1 最大氣泡法及原理： 表面活性劑溶液的表面張力隨濃度的變化在cmc處同樣出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。測定液體表面張力的方法很多,本實驗用最大氣泡壓力法。這一方法是將毛細管剛好與待測溶液面接觸, 在毛細管內(nèi)加壓, 管端將在液體內(nèi)形成一氣泡、壓力大到一定值時管端氣泡破裂吹出, 壓力突然下降。根據(jù)Laplace方程, 最大壓力差PMax與液體表面張力及毛細管半徑r有下述關(guān)系 PMax=2/r =k用同一根毛細管半徑r值一定,PMax與成正比, 所以已知水的表面張力，通過測定PMax水，可求出k=PMax/水。再測得不同濃度SDS水溶液的PMax，求得對應的，通過對表面活性劑的濃度C作圖, 由曲線

7、的轉(zhuǎn)折點來確定CMC值?；蛲ㄟ^由四個低濃度點和四個高濃度點分別作兩條lgc直線，由兩線的交叉點確定CMC調(diào)節(jié)恒溫水浴至25測定毛細管常數(shù)將測定管毛細管洗凈，在測定管中注入蒸餾水，試管內(nèi)液面剛好與毛細管管口相切，慢慢打開抽氣瓶活塞，使氣泡速率穩(wěn)定，此時數(shù)字式微壓差測量儀的最大讀數(shù)約在700-800Pa之間，讀取最大值三次，取平均值。測定SDS水溶液的表面張力根據(jù)上述步驟分別測定1-9號不同濃度SDS水溶液，從稀到濃依次進行。每次測量前必須用少量被測液洗滌測定管，尤其是毛細管部分，同時要保證前四組的PMax遞減，后四組遞增，總體呈現(xiàn)先減后增的趨勢，如哪一組出現(xiàn)異常，則關(guān)掉抽氣瓶活塞，重測（不用換溶

8、液）直到數(shù)據(jù)正常。溫度T=21.5 大氣壓P=1018.7hPa 表1 25時不同濃度SDS水溶液的表面張力序號0123456789濃度/mol.L-100.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.02Lg(濃度/mol.L-1-2.6990-2.3979-2.2218-2.0969-2-1.9208-1.8539-1.7959-1.6990-2.6990P/Pa534535525523519513415415417344346348294292289271274274254265237307308310309307305380383386P平均/Pa53

9、135183415734621972732523083307383/10-3J.m-271.9770.19156.30746.86639.51136.97834.13441.76041.58451.878圖一: c曲線圖圖二: lgc直線lgc=-1.8029，得C=0.0157 mol.L-1。結(jié)論： 通過c曲線圖，由曲線的轉(zhuǎn)折點確定CMC的值為0.01237 mol.L-1。由四個低濃度點和四個高濃度點分別作兩條lgc直線，由兩線的交叉點確定CMC值為0.0157 mol.L-1。理論上20：CMC=0.012 mol.L-1； 25 ：CMC=0.0098 molL-1；所以在實驗溫度下

10、，CMC應小于0.012 mol.L-1。我們通過c曲線圖得到的數(shù)據(jù)卻大于0.012 mol.L-1，但偏差不是很大。而lgc直線圖得到的數(shù)據(jù)去與理論值相差很大，可見本次實驗用c曲線圖更準確。但在實驗中由于儀器和個人的因素我們得到的數(shù)據(jù)誤差比較大，可能無法準確的比較兩種方法的優(yōu)越性。每次測定前測定管、毛細管都需潤洗，且毛細管要潔凈，里面不能被氣泡堵住，也不可有污物，否則影響出氣泡。氣泡要緩慢均勻的形成，否則造成P變大帶來誤差。若溶液未測時氣泡太多，可加一滴消泡劑，切不可多加，否則影響表面張力。測定時毛細管口與液面相切。測完后測定管和毛細管應洗凈。4.2 電導法及原理：離子型表面活性劑由于CMC

11、附近溶液結(jié)構(gòu)的變化導致其電導率發(fā)生突變，則通過電導率儀測定不同SDS水溶液的電導率，做出電導率與濃度的關(guān)系圖，或摩爾電導率對濃度作圖，其轉(zhuǎn)折點即為臨界膠束濃度。開通電導率儀和恒溫水浴的電源預熱20min，調(diào)節(jié)恒溫水槽溫度至25。測定SDS水溶液的電導率將電導率儀上相對應的溫度設為25，設置好電導池常數(shù)，調(diào)零。用電導率儀從稀到濃分別測定1-9號溶液的電導率，用后一個溶液蕩洗存放前一溶液的容器和電極3次。各溶液 測前必須恒溫10 min，測定前，電極放在待測溶液中校正后再測。每號溶液的電導率讀數(shù)2次，取平均值。4.2.3 實驗數(shù)據(jù)記錄及處理：表2 25時不同濃度SDS水溶液的電率導序號123456

12、789濃度/mol.L-10.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.02電率導/103us.cm-10.1460.1460.2460.2460.3810.3810.4490.4490.5410.5410.6200.6200.6710.6720.7410.7410.8870.888K平均103us.cm-10.1460.2460.3810.4490.5410.6200.6710.7410.887M/S .m2.l-17361.563.556.12554.1051.66747.92946.31244.35圖1：c曲線圖2：mc曲線結(jié)論：作c曲線得到的臨界膠束

13、濃度為0.0127 mol.L-1，通過作mc曲線得到的臨界膠束濃度為0.0130mol.L-1，與理論值都相差比較大。但實際圖上轉(zhuǎn)折點都不明顯，只是一個估計的數(shù)值。注意事項1 待測溶液要恒溫10 min；2 裝液容器要干凈、干燥，用后一個溶液蕩洗存放前一溶液的容器和電極3次；3 測定前，電極放在待測溶液中校正后再測。5結(jié)果與討論(兩種方法的比較最大氣泡法c曲線圖得到CMC=0.01237 mol.L-1，lgc直線得到CMC=0.0157 mol.L-1。電導法作c曲線得到CMC=0.0127 mol.L-1-1，比較兩種方法可以知道最大泡得到的轉(zhuǎn)折點比較明顯，而電導法的轉(zhuǎn)折點不明顯，但電導法的實驗操作比較簡單，而且只要操作規(guī)范，人為誤差比較小。在本次實驗中我們測得的數(shù)據(jù)誤差都很大，可以說是實驗是失敗了，在最大泡法中蒸餾水的最大壓差為500多Pa與