表面活性劑溶液臨界膠束濃度的測(cè)定的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)

1、表面活性劑溶液臨界膠束濃度的測(cè)定姓名： 學(xué)號(hào)： 溫度： 大氣壓： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解表面活性劑溶液臨界膠束濃度(CMC的定義及常用測(cè)定方法2設(shè)定兩種或兩種以上實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定表面活性劑溶液的CMC二、實(shí)驗(yàn)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(dāng)表面活性劑溶入極性很強(qiáng)的水中時(shí)，在低濃度是成分散狀態(tài)，并且三三兩兩地把親油集團(tuán)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(dāng)溶液表面吸附達(dá)到飽和后，濃度再增加，表面活性劑分子會(huì)自相締合，即疏水的親油集團(tuán)相互靠攏，而親水的極性基團(tuán)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(dǎo)致其許多性質(zhì)發(fā)生突變（見(jiàn)下圖），這種現(xiàn)象是測(cè)定CMC的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，也是表面活性劑的一個(gè)重要特征。所以測(cè)定CMC的方法有很多，比如：表面張力法、電導(dǎo)法、折光指數(shù)法和染料增溶法等等。三、實(shí)驗(yàn)要求1根據(jù)本實(shí)驗(yàn)提供的儀器與藥品：表面張力測(cè)定儀；電導(dǎo)率儀；超級(jí)恒溫槽；十二烷基硫酸鈉(SDS。設(shè)計(jì)出2種以上測(cè)定CMC的實(shí)驗(yàn)方法，用這些方法測(cè)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(shí)驗(yàn)操作步驟，并指出實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)。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(shí)，可以作c曲線圖,由轉(zhuǎn)折點(diǎn)確

3、定CMC；也可以由四個(gè)低濃度點(diǎn)和四個(gè)高濃度點(diǎn)分別作兩條lgc直線，由兩線的交叉點(diǎn)確定CMC。而在用電導(dǎo)法時(shí)，可以作c曲線，也可以作mc曲線。指出轉(zhuǎn)折點(diǎn)明顯直觀，誤差小的數(shù)據(jù)處理方法。4對(duì)2種方法測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，據(jù)此分析兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。5實(shí)驗(yàn)報(bào)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(xiàn)1、復(fù)旦大學(xué)等編，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)（第三版修訂本）M. 高等教育出版社，2004 年。 2、蔡亮.電導(dǎo)法測(cè)定臨界膠束濃度及膠束電動(dòng)力學(xué)模型的建立J.大學(xué)化學(xué). 2003（2）：54-563、武麗艷，尚貞峰，趙鴻喜.電導(dǎo)法測(cè)定水溶性表面活性劑臨界膠束濃度實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)J.

4、實(shí)驗(yàn)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(cè)定姓名 ；班級(jí) ；學(xué)號(hào) ; 分?jǐn)?shù) 1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.1 了解表面活性劑溶液臨界膠束濃度(CMC的定義及常用測(cè)定方法。1.2 設(shè)定兩種以上實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定表面活性劑溶液的CMC。2 實(shí)驗(yàn)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(dāng)表面活性劑溶入極性很強(qiáng)的水中時(shí)，在低濃度是成分散狀態(tài)，并且三三兩兩地把親油集團(tuán)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(dāng)溶液表面吸附達(dá)到飽和后，進(jìn)一步增加濃度時(shí)，表面活性劑分子會(huì)立刻自相締合，即疏水親油的集團(tuán)相互靠攏，而親水的極性基團(tuán)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(diǎn)上由于溶液的結(jié)構(gòu)改變導(dǎo)致其物理及化學(xué)性質(zhì)如表面張力，電導(dǎo)，滲透壓，濁度，光學(xué)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(cè)定CMC的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，也是表面活性劑的一個(gè)重要特征。3. 儀器和試劑表面張力測(cè)定儀； 電導(dǎo)率儀； 超級(jí)恒溫槽； 十二烷基硫酸鈉(SDS4實(shí)驗(yàn)方法表1 實(shí)驗(yàn)中SDS水溶液的濃度序號(hào)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： 4.1.1 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(cè)定液體表面張力的方法很多,本實(shí)驗(yàn)用最大氣泡壓力法。這一方法是將毛細(xì)管剛好與待測(cè)溶液面接觸, 在毛細(xì)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(shí)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(xì)管半徑r有下述關(guān)系 PMax=2/r =k用同一根毛細(xì)管半徑r值一定,PMax與成正比, 所以已知水的表面張力，通過(guò)測(cè)定PMax水，可求出k=PMax/水。再測(cè)得不同濃度SDS水溶液的PMax，求得對(duì)應(yīng)的，通過(guò)對(duì)表面活性劑的濃度

7、C作圖, 由曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)來(lái)確定CMC值。或通過(guò)由四個(gè)低濃度點(diǎn)和四個(gè)高濃度點(diǎn)分別作兩條lgc直線，由兩線的交叉點(diǎn)確定CMC4.1.2 步驟調(diào)節(jié)恒溫水浴至25測(cè)定毛細(xì)管常數(shù)將測(cè)定管毛細(xì)管洗凈，在測(cè)定管中注入蒸餾水，試管內(nèi)液面剛好與毛細(xì)管管口相切，慢慢打開抽氣瓶活塞，使氣泡速率穩(wěn)定，此時(shí)數(shù)字式微壓差測(cè)量?jī)x的最大讀數(shù)約在700-800Pa之間，讀取最大值三次，取平均值。測(cè)定SDS水溶液的表面張力根據(jù)上述步驟分別測(cè)定1-9號(hào)不同濃度SDS水溶液，從稀到濃依次進(jìn)行。每次測(cè)量前必須用少量被測(cè)液洗滌測(cè)定管，尤其是毛細(xì)管部分，同時(shí)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(shì)，如哪一組出現(xiàn)異常，

8、則關(guān)掉抽氣瓶活塞，重測(cè)（不用換溶液）直到數(shù)據(jù)正常。4.1.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理：溫度T=21.5 大氣壓P=1018.7hPa 表1 25時(shí)不同濃度SDS水溶液的表面張力序號(hào)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/Pa534535525523519513415415417344346348294292289271274274254265237307

9、308310309307305380383386P平均/Pa53135183415734621972732523083307383/×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(guò)c曲線圖，由曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)確定CMC的值為0.01237 mol.L-1。由四個(gè)低濃度點(diǎn)和四個(gè)高濃度點(diǎn)分別作兩條lgc直線，由兩線的交叉點(diǎn)確定CMC值為0.0157 mol.L-1。理論上20：CMC=0.012 m

10、ol.L-1； 25 ：CMC=0.0098 mol·L-1；所以在實(shí)驗(yàn)溫度下，CMC應(yīng)小于0.012 mol.L-1。我們通過(guò)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(jiàn)本次實(shí)驗(yàn)用c曲線圖更準(zhǔn)確。但在實(shí)驗(yàn)中由于儀器和個(gè)人的因素我們得到的數(shù)據(jù)誤差比較大，可能無(wú)法準(zhǔn)確的比較兩種方法的優(yōu)越性。4.1.4 注意事項(xiàng)每次測(cè)定前測(cè)定管、毛細(xì)管都需潤(rùn)洗，且毛細(xì)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(lái)誤差。若溶液未測(cè)時(shí)氣泡太多，可加一滴消泡劑，切不可多加，否則影響表面

11、張力。測(cè)定時(shí)毛細(xì)管口與液面相切。測(cè)完后測(cè)定管和毛細(xì)管應(yīng)洗凈。4.2 電導(dǎo)法及原理：4.2.1 原理離子型表面活性劑由于CMC附近溶液結(jié)構(gòu)的變化導(dǎo)致其電導(dǎo)率發(fā)生突變，則通過(guò)電導(dǎo)率儀測(cè)定不同SDS水溶液的電導(dǎo)率，做出電導(dǎo)率與濃度的關(guān)系圖，或摩爾電導(dǎo)率對(duì)濃度作圖，其轉(zhuǎn)折點(diǎn)即為臨界膠束濃度。4.2.2 步驟開通電導(dǎo)率儀和恒溫水浴的電源預(yù)熱20min，調(diào)節(jié)恒溫水槽溫度至25。測(cè)定SDS水溶液的電導(dǎo)率將電導(dǎo)率儀上相對(duì)應(yīng)的溫度設(shè)為25，設(shè)置好電導(dǎo)池常數(shù)，調(diào)零。用電導(dǎo)率儀從稀到濃分別測(cè)定1-9號(hào)溶液的電導(dǎo)率，用后一個(gè)溶液蕩洗存放前一溶液的容器和電極3次。各溶液 測(cè)前必須恒溫10 min，測(cè)定前，電極放在待測(cè)溶

12、液中校正后再測(cè)。每號(hào)溶液的電導(dǎo)率讀數(shù)2次，取平均值。4.2.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理：表2 25時(shí)不同濃度SDS水溶液的電率導(dǎo)序號(hào)123456789濃度/mol.L-10.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.02電率導(dǎo)/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-17

13、361.563.556.12554.1051.66747.92946.31244.35圖1：c曲線圖2：mc曲線結(jié)論：作c曲線得到的臨界膠束濃度為0.0127 mol.L-1，通過(guò)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(shí)際圖上轉(zhuǎn)折點(diǎn)都不明顯，只是一個(gè)估計(jì)的數(shù)值。4.2.1 注意事項(xiàng)1 待測(cè)溶液要恒溫10 min；2 裝液容器要干凈、干燥，用后一個(gè)溶液蕩洗存放前一溶液的容器和電極3次；3 測(cè)定前，電極放在待測(cè)溶液中校正后再測(cè)。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(dǎo)法作c曲線得到CMC=0.0127 mol.L-1，作mc曲線得到CMC=0.0130mol.L-1，比較兩種方法可以知道最大泡得到的轉(zhuǎn)折點(diǎn)比較明顯，而電導(dǎo)法的轉(zhuǎn)折點(diǎn)不明顯，但電導(dǎo)法的實(shí)驗(yàn)操作比較簡(jiǎn)單，而且只要操作規(guī)范，人為誤差比較小。在本次實(shí)驗(yàn)中我們測(cè)得的數(shù)據(jù)誤差都很大，可以說(shuō)是實(shí)驗(yàn)是失敗了，在最大泡法中蒸餾水的最大壓差為500多Pa與理