表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定的设计性实验

表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定姓名： 学号： 温度： 大气压：一、 实验目的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。CMC ——>表面活性剂的浓度CMC ——>表面活性剂的浓度A三、实验要求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。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o—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o—lgc直线，由两线的交叉点确定CMC。而在用电导法时，可以作K—c曲线，也可以作Am—c曲线。指出转折点明显直观，误差小的数据处理方法。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。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)：54-563、 武丽艳，尚贞峰，赵鸿喜•电导法测定水溶性表面活性剂临界胶束浓度实验的改进J]•实验技术与管理.2006(2)：29-30表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定姓名 ；班级 ；学号;姓名 ；班级 ；学号;分数1实验目的1.1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。1.2设定两种以上实验方法测定表面活性剂溶液的CMC。2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，进一步增加浓度时，表面活性剂分子会立刻自相缔合,即疏水亲油的集团相互靠拢，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(criticalmicelleconcentration,CMC)。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的转折，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。CMC ——>表面活性剂的浓度—ACMC ——>表面活性剂的浓度—A3.仪器和试剂表面张力测定仪;电导率仪;超级恒温槽;十二烷基硫酸钠(SDS)4•实验方法表1实验中SDS水溶液的浓度序号0123456789浓度/mol.L-1水0.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.024.1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。及毛细管半径r有下述关系△PMax=2。/r=k°用同一根毛细管半径r值一定,"血与O成正比，所以已知水的表面张力，通过测定^PMax，可求出k=^PM/o"。再测得不同浓度SDS水溶液的AP”，求得对应的o，通过o对水 Max水 Max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o—lgc直线，由两线的交叉点确定CMC4.1.2步骤调节恒温水浴至25°C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。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：

表125°C时不同浓度SDS水溶液的表面张力序号0123456789浓度/mol.L-100.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.02Lg（浓度/mol.L-1）-2.6990-2.3979-2.2218-2.0969-2-1.9208-1.8539-1.7959-1.6990-2.6990534523415344294271254307309380△P/Pa535519415346292274265308307383525513417348289274237310305386△P平均Fa531.3518.3415.7346219.7273252308.33073831八JQ/X10-3【.m271.9770.19156.30746.86639.51136.97834.13441.76041.58451.878图一:o—c曲线图C/mol丄C/mol丄2m-J3hKO:O—lgc直线Lg（浓度/mol.L-1）lgc=-1.8029，得C=0.0157moiL］。结论：通过o—c曲线图，由曲线的转折点确定CMC的值为0.01237mol.L-1。由四个低浓度点和四个高浓度点分别作两条o—lgc直线，由两线的交叉点确定CMC值为0.0157

mol.L-1。理论上20°C：CMC=0.012mol.L-1； 25°C:CMC=0.0098molL-1；所以在实验温度下，CMC应小于0.012mol.L-1。我们通过o—c曲线图得到的数据却大于0.012mol.L-1,但偏差不是很大。而o—lgc直线图得到的数据去与理论值相差很大，可见本次实验用o—C曲线图更准确。但在实验中由于仪器和个人的因素我们得到的数据误差比较大，可能无法准确的比较两种方法的优越性。4.1.4注意事项每次测定前测定管、毛细管都需润洗，且毛细管要洁净，里面不能被气泡堵住，也不可有污物，否则影响出气泡。气泡要缓慢均匀的形成，否则造成AP变大带来误差。若溶液未测时气泡太多，可加一滴消泡剂，切不可多加，否则影响表面张力。测定时毛细管口与液面相切。测完后测定管和毛细管应洗净。4.2 电导法及原理：4.2.1原理离子型表面活性剂由于CMC附近溶液结构的变化导致其电导率发生突变，则通过电导率仪测定不同SDS水溶液的电导率，做出电导率与浓度的关系图，或摩尔电导率对浓度作图，其转折点即为临界胶束浓度。4.2.2步骤开通电导率仪和恒温水浴的电源预热20min,调节恒温水槽温度至25Co测定SDS水溶液的电导率将电导率仪上相对应的温度设为25C，设置好电导池常数，调零。用电导率仪从稀到浓分别测定1-9号溶液的电导率，用后一个溶液荡洗存放前一溶液的容器和电极3次。各溶液测前必须恒温10min,测定前，电极放在待测溶液中校正后再测。每号溶液的电导率读数2次，取平均值。4・・2・3实验数据记录及处理：表225C时不同浓度SDS水溶液的电率导序号123456789浓度/mol.L-10.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.02电率导0.1460.2460.3810.4490.5410.6200.6710.7410.887/103us.cm_10.1460.2460.3810.4490.5410.6200.6720.7410.888K平均3US.cm-10.1460.2460.3810.4490.5410.6200.6710.7410.887Am/S皿丄17361.563.556.12554.1051.66747.92946.31244.35K:1图75700507570050655MS/A45转折点:X=0.0127Y=0.64150.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020 0.022浓度/mol.L-1图2：Am-c曲线转折点:X=0.0130Y=49.41840 0.0000.0020.0040.0060.0080.0100.0120.0140.0160.0180.0200.022浓度/mol.L-1结论：作K—c曲线得到的临界胶束浓度为0.0127mol.L-i，通过作Am—c曲线得到的临界胶束浓度为0.0130mol.L-1,与理论值都相差比较大。但实际图上转折点都不明显，只是一个估计的数值。4.2.1注意事项待测溶液要恒温10min；装液容器要干净、干燥，用后一个溶液荡洗存放前一溶液的容器和电极3次；测定前，电极放在待测溶液中校正后再测。5•结果与讨论（两种方法的比较）最大气泡法o—c曲线图得到CMC=0.01237mol.L-1,o-lgc直线得到CMC=0.0157mol.L-i。电导法作k—c曲线得到CMC=0.0127mol.L-i,作Am—c曲线得到CMC=0.0130mol.L-i,比较两种方法可以知道最大泡得到的转折点比较明显，而电导法的转折点不明显，但电导法的实验操作比较简单，而且只要操作规范，人为误差比较小。在本次实验中我们测得的数据误差都很大，可以说是实验是失败了