表面活性剂的测定

学UNANINSTITUTEOFSCIENCEANDTECHNOLOGYHUNANINSTITUTEOFSCIENCEANDTECHNOLOGY物理化学

设计性实验论文作者 王新良 届别2008届院别 化学化工学院 专业 化学教育完成时间 2010年11月23日 湖南理工学院化学化工学院表面活性剂CMC的测定指导老师:张建策实验同组者：陈红、杨林、汪龙、王新良摘要：表面活性剂分子是由具有亲水性的极性基团和具有疏水性的非极性就按所组成的有机化合物，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定向，从而是表面自由能明显降低。在表面活性剂溶液中，当溶液浓度增大到一定值是，表面活性剂离子或分子不但在表面聚集而形成单分子曾，而且杂溶液不饿你内不也三三两两的以疏水基相互靠拢，聚集在一起形成胶束。形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度，即CMC.常用的方法有表面张力法、电导法、染料法等。本实验采用电导法来测定表面活性剂的CMC值，而本实验采用电导法测定表面活性剂的电导率来确定CMC值。做k-c曲线，有曲线的转折点求出CMC值。前言：表面活性剂分子由亲水基和疏水基两部分组成。具有亲油（疏水）和亲水（疏油）两个部分的两亲分子，能吸附在两相界面上，呈单分子排列使溶液的表面张力降低，且表面活性剂的品种十分繁多，性质差异，除与烃基的大小、形状有关外，主要与亲水基的不同有关。因而表面活性剂按亲水基可分为两大类：离子型和非离子型表面活性剂。表面活性剂溶于水时，凡能离解成离子的称离子型表面活性剂；凡不能离解成离子的称非离子型表面活性剂。而离子型表面活性剂又分为阴离子型、阳离子型和两性离子型表面活性剂。另外，还有含氟、硅、硼等特种表面活性剂，一般按其亲油基分类。每类特种表面活性又可分进一步为为阳离子、阴离子、非离子及两性离子表面活性剂。表面活性剂是一类具有特殊性质的专用化学品，其分析除对照产品各级质量标准的测定项目外，尚需要作性能分析、理化性能分析等。从分析方法讲，随着表面活性剂合成工业和应用的发展，其分析方法也不断充实，日趋完善。经典的化学分析法已相当成熟，进入标准化和规范化阶段。CMC是表面活性剂的一种重要量度，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。比如图2的洗涤去污过程。湖南理工学院化学化工学院图1表面活性剂的洗涤原理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，具有润湿、乳化、洗涤、发泡等重要作用。关键词：浓度电导率正文：【实验目的】1、 了解表面活性的特性及；2、 胶束形成的原理；3、 用电导法测定十二烷基硫酸钠的临界胶束的浓度。【实验原理】由具有“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）烷基，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有极性和非极性两部分组成的，若按离子的类型分类，可分为三类：1、 阴离子型表面活性剂：如羟酸盐（肥皂，CHCOONa）,烷基硫酸盐（十二烷1735基硫酸钠，（CH（CH）SONa）烷基磺酸盐（十二烷基苯磺酸钠，32114CH（CH）CHSONa）等；32116532、 阳离子型表面活性剂：主要是胺盐，如十六烷基三甲基溴化铵，十二烷基二甲基叔胺（RN（CH）HCl）和十二烷基二甲基氯化胺（RN（CH）Cl）；32323、 非离子型表面活性剂：如聚氧乙烯类（R-O-（CHCHO）nH）22表面活性剂溶入说中后，为使自己成为溶液中的稳定分子，有可能采取两种湖南理工学院化学化工学院

如途径：一是把亲水基留在水中，亲油基伸向空气或油相；二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。前者就是表面活性分子吸附在表面上，其结果是降低界面张力，形成定向排列的单分子膜后者就是形成胶束:如下图：CT6oo,66注二◎适二CMC(G浓罐CT6oo,66注二◎适二CMC(G浓罐CMC化〉浓rQ-cKC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的溶于水中。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(criticalmicelleconcentration)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、电导率、渗透压、浊度、光学性质等)与浓度的关系曲线出现明显转折。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。则本实验就是利用DDS-12电导率测定不同浓度的十二烷基苯磺酸钠水溶液的电导率，并作电导率与浓度关系图，从图中的转折点即可求得临界胶束浓度。湖南理工学院化学化工学院

实验试剂与仪器】试剂：电导水、十二烷基硫酸钠（分析纯）；仪器：DDS-11A电导率仪1台、电导电极（电导池常熟0.94）；100mL容量瓶若干个;q丿81,2—电极接线柱；3—q丿84—校正测量换档开关；5—范围选择器；6—校正调节器；7—电源开关；8—指示电表9—指示灯实验步骤】1、 分别称取质量为0.06、0.12、0.17、0.23、0.26、0.29、0.35、0.40、0.460.52、0.58g的十二烷基硫酸钠；2、 把上面所称的质量的十二烷基硫酸钠配成100mL的溶液；3、 用电导率仪从稀到浓分别测定上述各溶液的电导率，平行测定三次；4、 实验结束后，用去离子水洗净电导池和电极，整理试验台。实验数据处理与分析】室温:16.8£；实验温度：16.8°C；大气压：p=101.12Kpa电导池常熟：K=0.94;十二水硫酸钠：CH（CH）SONa；cell 3 211 4十二水硫酸钠的相对分子质量：M=288.38；V=100mL；则浓度计算：C=m;其中m是十二水硫酸钠的质量；M•V如下表：湖南理工学院化学化工学院

表1不同浓度下的电导率类别序号浓度/Cmol/L电导;k1率(RS/k2cm)k3平均电导率S/m摩尔电导率(s•m2molj)浓度<C/mol/L10.002082302002000.021010.09330.045620.004163503503800.03608.65140.064530.005897807607500.076312.943170.076740.007988608608580.085910.770370.089350.009027507257250.07338.13010.095060.010067607507490.07537.487940.100370.012148758508500.08587.069430.110280.013879008758750.08836.365990.117890.015959509259200.09325.842830.1263100.018039509509500.09505.268480.1343110.020119759759800.09774.857710.1418图1浓度与摩尔电导率关系图即从上图中得到：CMC=0.008345mol/L;文献值40r，Ci2H25SO4Na的CMC为8.7乂10_尹01/L；实验分析：实验数据与文献值有差异原因有：①温度不同；②实验过程中的水未用去离子水对实验结果偏大有影响；湖南理工学院化学化工学院实验注意事项】1、在清洗电导电极时，两铂片之间不能有机械摩擦，可用电导水冲淋，后将其竖直，用滤纸轻吸，并且不能使滤纸沾洗内部铂片。2、注意电导率仪应由低到高的浓度顺序测量样品的电导率。3、电极在冲洗后必须擦干，以保证溶液浓度的准确，电极在使用过程中其极片必须完全浸入到所测得溶液中参考文献：〔1〕余逸男《十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度的测定》〔2〕《电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度》苏州科技学院化学与生物工程学院化学化工实验中附录：电导率仪器的使用；1．接通电源前观察表头指针是否指零，若有偏差调节表头下方凹孔，使其恰指丿一I二零。2．接通电源，仪器预热10分钟。3．将电极浸入被测溶液（或水）中，须确保极片浸没，将电极插头插入插座。4．调节“常数”钮，使其与电极常数标称值一致。例所用电极的常数为0．98，则把“常数”钮白线对准0．98刻度线。5．将“量程”置在合适的倍率档上，若事先不知被测液体电导率高低，可先置于较大的电导率档，再逐档下降，以防表头针打弯。6．将“校正—测量”开关置于“校正”位，调“校正”电位器使表针指满度值1．0。将“校正—测量”开关置于“测量”位，表针指示数乘以“量程”倍率即为溶液电导率。例：测纯水时“量程”置于X0.1（红）档，指示值为0.56，则被测电导率为0.56X0.1=0.056》S/cm.（17.85MQ.cm）“量程”置x102档，指示值为0.5,则被测值为0.5X102=50》S/cm。湖南理工学院化学化工学院“量程”置黑(B)点档，则读数为表面上行刻度0—1。“量程”置红(R)档，则读数为下行刻度。当溶液电导率大于104》S/cm.(电阻少于100Q)，即高电导测量时，请用DJS—10型电极(需要时另购)，这时“常数”钮调在常数标称值1／10位置上例：所用电极常数为10.4,使“常数”钮置1.04，被测值二指示数X倍率x10。本仪器可长时间连续使用，可将输出讯号接记录仪进行连续监测。【注意事项】低电导测量(电导率小于100》S/cm)，例如测量纯水，锅炉水，去离子水、矿泉水等水质的电导率时，请选用DJS—1C光亮电极。测量一般溶液的电导率(30--3000》S/cm)，请采用DJS—1C铂黑电极。测量3000—104》S/cm的高电导溶液时，应使用常数为10的铂黑电极。湖南理工学院化学化工学院电池电动势法测AgCl的溶度积指导老师；张建策同组者：陈红、杨林、汪龙、王新良摘要电池电动势法是测定难溶盐溶度积的常用方法之一。本实验利用对消法以及电位差计测定可逆电池Ag-AgClIKClIIAgNOIA的电动势进而求(S)(S)(aq) 3(aq)(S)AgCl的溶度积Ksp。关键词对消法电位差计电极电势银电极AgC的溶度积铂电极前言化学电池是由两个“半电池”即正负电极放在相应的电解质溶液中组成的。由不同的这样的电极可以组成若干个原电池。在电池反应过程中正极上起还原反应，负极上起氧化反应，而电池反应是这两个电极反应的总和。其电动势为组成该电池的两个半电池的电极电位的代数和。若知道了一个半电池的电极电位，通过测量这个电池电动势就可算出另外一个半电池的电极电位。所谓电极电位，它的真实含义是金属电极与接触溶液之间的电位差。它的绝对值至今也无法从实验上进行测定。在电化学中，电极电位是以一电极为标准而求出其他电极的相对值。本实验中则选用银—氯化银作为第二级参比电极。通过对电池电动势的测量可求算某些反应的AH,AS,AG等热力学函数，电解质的平均活度系数，难溶盐的活度积和溶液的pH等物理化学参数。但用电动势的方法求如上数据时,必须是能够设计成一个可逆电池,该电池所构成的反应应该是所求的化学反应。正文【实验目的】1、 学会用电池电动势法测定氯化银的溶度积2、 加深对液接电势概念的理解及学会消除液接电势的方法。【实验原理】电池电动势法是测定难溶盐溶度积的常用方法之一。测定氯化银的溶度积，湖南理工学院化学化工学院

可以设计下列电池：Ag-AgCl|KCl||AgNO|Ag(S)(S)(aq)3(aq)(S)银电极反应：Ag++e-tAg(正极)银-氯化银电极反应：Ag+Cl-tAgCl+e-(负极)总的电池反应为：Ag++Cl-tAgClTOC\o"1-5"\h\z而E=E9-RTIn 1 (1)Fa•aAg+ Cl-RT 1 (2、E9=E+In (2)Fa•aAg+ Cl-又AG9=-nFE9=-RTlnKsp (3)m式(3)中，n=1，在纯水中Agci溶解度极小，所以活度积就等于溶度积。即：-E9=RTlnKsp(4)F(4)代入(2)得：EFlnKsp=lna +lna-(5)Ag+ Cl- RT且a =Y-C a=Y -C(6)Ag+ 土Ag+ Ag+ Cl- 土Cl- Cl-TOC\o"1-5"\h\z已知a、a'即可以测得电池电动势E，从而求得Ksp。Ag+ Cl-实验试剂与仪器】试剂：AgNO(0.01mol/kg);镀银溶液；KCl(0.1mol/kg);3仪器：原电池测量装置1套；电极制备装置1套；Pt电极2支；银电极2支;饱和硝酸钾盐桥1支；湖南理工学院化学化工学院图1电极制备装置图图1电极制备装置图图2原电池图实验步骤】1、 Ag-AgCl电极的制备镀银溶液的配置：在电子天平上分别称取3.00gAgNO和60.00gKI，量取31molL-1的HCl溶液10.0ml,加水配置成100ml溶液。镀银将一支Ag电极用蒸馏水洗净，作为阴极，以Pt电极作阳极，置于上面配成的镀银溶液中，线路如下图1。控制电压为5V,电流为10mA左右，电镀30min,得到呈紫褐色的Ag-AgCl电极。2、Ag-AgCl|KCl||AgNO|Ag的电动势的测定(S)(S)(aq)3(aq)(S)(S)标定室温下的电池电动势；新制备的Ag-AgCl电极放入KCl溶液中，Ag电极放入AgNO溶液中，并用盐3桥把这两个电解液连接起来，然后Ag-AgCl电极接在电动势测定装置的负极，Ag电极接在正极；调节电位差计各个旋钮使表上显示的数据尽可能的靠近零且使示数变化小时读数，即为待测电极的电动势；【实验数据分析及处理】E=1.01884865V20室温；t=14.2°C; 标定电动势为EE=1.01884865V20tE=E-[39.94(t-20)+0.929(t-20)2—0.0090(t-20)3+0.0006(t-20)4]x10-6;t 20实验测得Ag-AgCl(S)实验测得Ag-AgCl(S)|KCl(S)||AgNO(aq)|Ag的电动势E=0.72949V3(aq) (S)又yA=0.731丫=0.769；C=0.01mol/kgC=0.1mol/kg；TOC\o"1-5"\h\zAg+ Cl- Ag+ Cl-贝I」 a=Y-C=0.731x0.01=0.00731mol/kg；Ag+土Ag+Ag+a=y-C=0.769x0.1=0.0769mol/kg；EFa+lna—Ag+ ClEFa+lna—Ag+ Cl- RT，得将a和a代入lnKsp=lnAg+ Cl-湖南理工学院化学化工学院EFInKsp=lna+Ina一Ag+ Cl-RT— 0.72949x96485=In0.00731+ln0.0769—8.314x287.35=-36.945则Ksp=9.01x10-17；即AgCl的溶度积为9.01x10-17;25°C时理论值；K0sp=1.8x10-io；实验结果比理论值偏小。实验结果分析：通过测量电动势来确定氯化银的溶度积，误差很大，主要是电极电势由于各种原因而测量不准。在实验中我们选用饱和kno3盐桥，而盐桥的制备的好坏都会影响电动势数据测量。制备盐桥时，要保证盐桥中不能有气泡，也不能有结晶。而实验过程中调节电位差计时，并不能完全调零，数值一直在0附近波动，而且在测量电动势时也是的，但是可以通过多次测量减小此误差，还有就是对消法本身的系统误差；此外理论值实在25C时，Ksp=1.8x10-10，而此实验温度为14.2C,因此比实验值小。【实验注意事项】1、 仪器连接时正负极防止接错；2、 测电动势时待稳定后再读数；3、 实验水应为蒸馏水，防止氯离子的影响【实验讨论与思考】1、 参比电极应具备什么条件？它有什么功用？答：参比电池的条件：电极反应为单一的可逆反应，电极电势