溫度、正丁醇濃度對(duì)十二烷基硫酸鈉臨界膠束濃度的影響

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)溫度、正丁醇濃度對(duì)十二烷基硫酸鈉臨界膠束濃度的影響指導(dǎo)教師：

學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：1002010730

學(xué)院：化學(xué)與分子工程

專業(yè):應(yīng)用化學(xué)

班級(jí)：1072010年5月20日溫度、正丁醇濃度對(duì)十二烷基硫酸鈉臨界膠束濃度的影響姓名(青島科技大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，山東青島)摘要：表面活性劑的一個(gè)重要性質(zhì)是其臨界膠束濃度(CriticalMicelleConcentration,簡(jiǎn)關(guān)鍵詞:稱CMC)。本文利用電導(dǎo)率法對(duì)陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)的CMC進(jìn)行了研究,測(cè)試了這種離子型表面活性劑在不同溫度及添加不同量的有機(jī)物正丁醇時(shí)電導(dǎo)率的變化，從而得到溫度、正丁醇濃度對(duì)SDS的臨界膠束濃度的影響規(guī)律，并對(duì)有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作了探討。研究表明：在所討論的溫度范圍內(nèi)(25°C—60°C)，隨溫度的升高,CMC的變化不大，且呈微弱的上升趨勢(shì)，即溫度升高不利于膠束的形成。正丁醇的加入對(duì)CMC的影響很大，即顯著降低了SDS的CMC值，有利于膠束的形成。關(guān)鍵詞:十二烷基硫酸鈉；電導(dǎo)率法；臨界膠束濃度；溫度；正丁醇。引言:CMC表面活性劑分子是由具有親水性的極性基團(tuán)和具有憎水性的非極性基團(tuán)所組成的有機(jī)物。它的非極性憎水基團(tuán)一般是8到18碳的直鏈烴，因此表面活性劑都是兩親分子(amphiphilicmolecule)。吸附在水表面時(shí)采用極性基團(tuán)向著水，非極性基團(tuán)脫離水的表面定向。這種排列，使表面上不飽和的力場(chǎng)得到某種程度上的平衡，從而降低了表面張力(或界面張力)。某些物質(zhì)當(dāng)它們以低濃度存在于一體系時(shí)，可被吸附在該體系的表面(界面)上，使這些表面的表面自由能發(fā)生明顯降低的現(xiàn)象，這些物質(zhì)被稱為表面活性劑。表面活性劑現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于石油、紡織、農(nóng)藥、采礦、食品、民用洗滌劑等各個(gè)領(lǐng)域。由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要是應(yīng)用于水溶液，以改變水的表面活性，所以若不加以說明，就是指降低水的表面自由能的表面活性劑。表面活性劑的分類：陰離子型表面活性劑，如羧酸鹽(肥皂)，烷基硫酸鹽(十二烷基硫酸鈉)，烷基磺酸鹽(十二烷基苯磺酸鈉)等；陽離子型表面活性劑，主要是胺鹽，如十二烷基二甲基叔胺和十二烷基二甲基氯化胺；非離子型表面活性劑，如聚氧乙烯類.表面活性劑有廣泛的應(yīng)用，主要有：潤濕作用(wettingaction)(滲透作用)：用作潤濕劑、滲透劑。乳化作用(emulsification)、分散作用(dispersedaction)、增溶作用(solubilization):用作乳化劑、分散劑、增溶劑。發(fā)泡作用(foamingaction)、消泡作用(doanywithfoam):用作起泡劑、消泡劑。洗滌作用(washingaction):用作洗滌劑［1］。隨著科學(xué)的發(fā)展，表面活性劑已經(jīng)深入到生命起源以及膜材料、納米材料、對(duì)映體選擇性的反應(yīng)等各個(gè)領(lǐng)域中。雖然表面活性劑領(lǐng)域現(xiàn)在是一個(gè)比較成熟的學(xué)科，但設(shè)計(jì)新的有特殊用途和應(yīng)用價(jià)值的便面活性劑與附加的官能基團(tuán)的性質(zhì)和位置有密切的關(guān)系，對(duì)傳統(tǒng)的表面活性劑分子結(jié)構(gòu)的修飾會(huì)導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)行態(tài)很大的變化?？傊砻婊钚詣┰诨瘜W(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用還是待于開發(fā)和改善，能夠?qū)F(xiàn)有的技術(shù)應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)際是我們追求的目標(biāo)。我們可以采用的方法有：1.電導(dǎo)法。2.表面張力法。3.光散射法。4.比色法（染料吸附法）5.濁度法。在溶液內(nèi)部形成膠束（Micelle）是表面活性劑一個(gè)重要的性質(zhì)［1］。早在20世紀(jì)20年代,Mebain就對(duì)脂肪酸鈉，烷基磺酸鈉進(jìn)行了研究,提出了膠束的存在膠束的形成是發(fā)生膠束增溶作用的前提條件。而臨界膠束濃度（CMC）則是表面活性劑在水中形成膠束的標(biāo)志之一°CMC值越小，表示形成膠束所需濃度越低,達(dá)到界面飽和吸附的濃度就越低,因而改變表面性質(zhì)，起到潤濕、乳化、加溶、起泡等作用所需的濃度也越低。因此CMC可以作為表面活性劑表面活性的一種量度。在實(shí)際應(yīng)用中，體系中常并存有無機(jī)鹽、極性有機(jī)物,并且還有溫度的變化，因此研究這些因素對(duì)表面活性劑CMC的影響，不僅具有理論意義,而且具有實(shí)用價(jià)值。SDS作為一種陰離子表面活性劑，它在稀溶液中能電離，分別以正、負(fù)離子的形式存在，其稀溶液的性質(zhì)與正常的強(qiáng)電解質(zhì)溶液相似,溶液的電導(dǎo)率隨濃度的上升而增加。離子型表面活性劑的導(dǎo)電性質(zhì)在CMC前后有很大不同。在CMC之前，離子型表面活性劑分子以單個(gè)分子導(dǎo)電，濃度增加，電導(dǎo)率成正比的增大;在CMC之后,溶液中單體濃度達(dá)到飽和，表面活性劑分子開始形成膠束，以單體分子和膠束聚集體的形式導(dǎo)電，增加濃度，單體分子數(shù)目不再增加，只增加膠束的濃度。由于膠束是由十幾或幾十個(gè)帶電離子的單體構(gòu)成的大聚集體，帶有很高的電荷,由于靜電引力的作用，膠束表面的Stern層及擴(kuò)散層吸附了大量的反離子，這就相當(dāng)于一部分正負(fù)電荷相互抵消，因而其導(dǎo)電性能反而不如單體離子，在CMC之后，增加表面活性劑濃度,電導(dǎo)率的增大率大大減少。在濃度一電導(dǎo)率圖上表現(xiàn)為CMC前后直線斜率的變化，兩條不同斜率的直線的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的濃度即CMC。本文以離子型表面活性劑SDS為體系,研究了溫度改變,正丁醇的加入量對(duì)其的CMC值的影響，得到了一些規(guī)律，并對(duì)有關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果作了討論。1實(shí)驗(yàn)部分1.1儀器與試劑儀器：超級(jí)恒溫槽1臺(tái)，DDS-11A型電導(dǎo)率儀1臺(tái)，超聲儀1臺(tái)，鉑黑電極1支,1000ml燒杯2個(gè)，100ml小燒杯2個(gè)，1000ml容量瓶2個(gè)，100ml容量瓶12個(gè)，1ml移液管1支，5ml移液管2支，10ml移液管1支，25ml移液管1支，恒溫電導(dǎo)池1個(gè),分析天平1臺(tái)，電爐1臺(tái)。試劑：十二烷基硫酸鈉（分析純），蒸餾水，正丁醇（分析純）1.2實(shí)驗(yàn)方法1?2?1電導(dǎo)法測(cè)十二烷基硫酸鈉的CMC值1、配置溶液。（1） 母液（0.02mol/L的SDS溶液）的配制。準(zhǔn)確稱取5.7678gSDS于100ml小燒杯中，轉(zhuǎn)移至1000ml燒杯中加水溶解（注意加水時(shí)動(dòng)作要緩慢以避免起泡），可用電爐加熱加快溶解速度，轉(zhuǎn)移至容量瓶中，加水至1000ml。然后放到超聲儀中超聲20min。（2） 用0.02mol/L的SDS母液分別配制0.002、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.010、0.011、0.012、0.014、0.016十二烷基硫酸鈉100毫升。分別量取10、20、25、30、35、40、45、50、55、60、70、0、80ml母液于100毫升容量瓶中加水稀釋至100ml，然后放到超聲儀中超聲20min。2、 用超級(jí)恒溫槽與恒溫電導(dǎo)池接通，調(diào)節(jié)恒溫槽水溫到測(cè)定需要的溫度25°C（根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要設(shè)定）。3、 打開電導(dǎo)率儀的開關(guān)，選擇最大量程，將“校正-測(cè)量”開關(guān)扳至“校正”位置，將“溫度補(bǔ)償”旋鈕調(diào)到25C?根據(jù)所用電極上標(biāo)明的電極常數(shù)，調(diào)節(jié)“常數(shù)校正”旋鈕至相應(yīng)數(shù)值。4、 用蒸餾水淌洗電導(dǎo)池和電導(dǎo)三次（注意不要直接沖洗電極，以保護(hù)鉑黑）。再用0.002mol/L的SDS溶液淌洗三次。往電導(dǎo)池中倒入適量0.002mol/L的SDS溶液（使極板全部浸在溶液中），插好電導(dǎo)電極，至少恒溫10分鐘。5、 將“校正-測(cè)量”開關(guān)扳至“測(cè)量”位置，調(diào)節(jié)“量程選擇”旋鈕，根據(jù)儀器顯示的有效位數(shù)，確定適當(dāng)量程，此時(shí)儀器顯示的數(shù)值即為該溶液的電導(dǎo)率。6、 將“校正-測(cè)量”開關(guān)扳至“校正”位置，倒掉電導(dǎo)池中的溶液，插好電極，恒溫10分鐘后，按步驟4和5測(cè)定其電導(dǎo)率。按由稀到濃的順序，測(cè)定其他濃度的電導(dǎo)率。7、 測(cè)量結(jié)束后，把電極浸泡在蒸餾水中。關(guān)閉電導(dǎo)率儀和超級(jí)恒溫槽。1?2?2研究溫度對(duì)CMC的影響將恒溫水浴溫度分別調(diào)到25、45、60C，按1.2.1中4-6步驟分別測(cè)定不同溫度下的電導(dǎo)率。1.2.3研究正丁醇濃度對(duì)CMC的影響1?分別量取10、20、25、30、35、40、45、50、55、60、70、0、80ml母液于100毫升容量瓶中，再分別加入1ml正丁醇，加水稀釋至100ml，放到超聲儀中超聲10min。按1.2.1中4-6步驟分別測(cè)定電導(dǎo)率。2.將正丁醇體積改為1.5、3ml,重復(fù)步驟1進(jìn)彳丁實(shí)驗(yàn)。2 結(jié)果與討論2.1CMC值的確定分別以表1,表2中SDS的濃度C為橫坐標(biāo),SDS水溶液的電導(dǎo)率K為縱坐標(biāo)，用origin軟件作不同溫度、正丁醇摩爾分?jǐn)?shù)不同時(shí)SDS的濃度-電導(dǎo)率圖（圖1、圖2）,K-C直線轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的濃度即為該溫度或該正丁醇濃度下SDS的CMC值。表1SDS在不同溫度下的電導(dǎo)率

電導(dǎo)率/(ms.cm-1)25°C 45°C 60°C0.0020.2430.20.1440.0040.5160?410.290.0050.6190.50.3440.0060.7390.5730.4010.0070.8230.6360.4470.0080.9030.7040.4920.0090.9910.7660.5350.011.0510.8050.5540.0111?1290.8680.5930.0121.1830.9180.6270.0141.2761.0030.680.0161.4291.0970.736表2SDS在正丁醇濃度不同時(shí)的電導(dǎo)率SDS濃度/(mol.l-1)正丁醇濃度不同時(shí)SDS的電導(dǎo)率k/(ms.cm-1)00.1093mol.l-10.1639mol.l-10.3278mol?l-10.0020.1440.1490.1460.1420.0040.290.2670.2610.260.0050.3440.3170.3120.3170.0060.4010.3680.3580.3730.0070.4470.4180.4040.4280.0080.4920.4630.4450.4750.0090.5350.5020.4890.5270.010.5540.5410.5370.5760.0110.5930.5750.5730.6238705-.匸?3-l?2-l1JwQ7JW4J????■???????^1^1^14—1—1?oooooO(L—UJOSllo/M0工TOC\o"1-5"\h\z0.2- :* A0.10.000 0.002 0.0040.0060.0080.0100.0120.014 0.016c/(mol.l-1)圖1不同溫度時(shí)SDS的電導(dǎo)率-濃度圖25°C45°C60°Co1 / \**■I I I I I I I I I I I I I I I I I I -p734/242ooaoOTlw.sEMMer莊0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018SDS的濃度/(mol.1-1)圖2正丁醇濃度不同時(shí)，SDS的濃度-電導(dǎo)率曲線1-正丁醇濃度為0；2-正丁醇濃度為0.1093mol.l-13-正丁醇濃度為0.1639mol.l-1；4-正丁醇濃度為0.3278mol.l-12?2 溫度變化對(duì)CMC值的影響用origin軟件查出圖1中交點(diǎn)橫縱作標(biāo)，即溫度與SDS的CMC值的關(guān)系，數(shù)值在表3中列出。溫度t/(°c)CMC值/(mol?l-1)不同溫度下250.0083450.0087600.0092表3SDS在的CMC值

94100009000ci(l—-'oe)、oiaig>0894100009000ci(l—-'oe)、oiaig>086J80084J

o

021800以CMC值為縱坐標(biāo)：以溫度t為橫坐標(biāo)用qrigin軟件繪制出(MC-溫度關(guān)系圖(圖3)從圖上可以看出隨著溫度的升咼，§DS的CMC值升咼。由于實(shí)驗(yàn)條件與操作技術(shù)的原因,出現(xiàn)了與文獻(xiàn)值的誤差，但SDS隨溫度變化趨勢(shì)與理論一致。 '文獻(xiàn)值：25°C時(shí)，SDS的CMC值為O.O082mol.l-l;4O°C時(shí)，SDS的臨界膠束濃度為0.0086mol.l-l。 圖3CMC-t圖2?3正丁醇醇加入量對(duì)CMC的影響正丁醇濃度/(mol.l-1-1)CMC值/(mol?正丁醇濃度/(mol.l-1-1)CMC值/(mol?l-1)00.00830.10930.00820.16390.00800.32780.0072用origin軟件查出圖2中交點(diǎn)坐標(biāo)記錄在表4中。以測(cè)得的CMC值對(duì)正丁醇的摩爾分?jǐn)?shù)作圖，得至U正丁醇加入量的CMC的影響圖4)表4不同正量時(shí)SDS的(25°C)關(guān)系(見丁醇加入CMC值對(duì)SDS—■——■—B(1OE)迪。乏0從圖4可以看出隨著正丁醇濃度的增加，SDS的CMC值在不斷減小。3結(jié)論⑴溫度對(duì)CMC的影響:在所討論的溫度范圍內(nèi)(25°C—60°C),隨溫度