《临界胶束浓度的测定》由会员分享，可在线阅读，更多相关《临界胶束浓度的测定（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、设计实验：表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定姓名 何闪闪 班级 0902 学号 2009113010216 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
2、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（critical micelle concentration,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。3. 仪器和试剂表面张力测定仪 1套，数字式微压差计 1台，超级恒温槽 1台，250ml 滴液漏斗 1个，100ml 锥形瓶 8个，蒸馏水，BSDA 导电仪，光亮的铂电极，恒温水箱，大试管（100ml）12 支，电导水，十二烷
3、基硫酸钠溶液4实验方法4.1 最大气泡法及原理： 在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。可是在液体表面层的分子却不相同。因为表面层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力。这种吸引力使表面上的分子向内挤促成液体的最小面积。要使液体的表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功增加分子的位能。所以说分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。通常把增大一平方米表面所需的最大功 A或增大一平方米所引起的表面自由能的变化值 G 称为单位表面的表面能其单
4、位为 Jm-3。而把液体限制其表面及力图使它收缩的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力，其单位是 Nm-1。液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。欲使液体表面积增加S 时，所消耗的可逆功 A为：-A =G =S液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。液体的表面张力也与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质） ，表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化。把溶质在表面层中与本体溶液中浓度不同的现象称为溶液的表面吸附。使表面张力降低的物质称为表
5、面活性物质。用吉布斯公式(Gibbs)表示：式中： 为表面吸附量(mol.m-2)， 为表面张力（J.m-2） ，R 为气体常数 R=8.314N.m/mol.K。d/dc 表示在一定温度下表面张力随浓度的改变率。即： d/dc0，溶质能降低溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附作用。 d/dc 0，0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度小于内部的浓度，称为负吸附作用。由此，测定溶液的浓度和表面张力，可以求得不同浓度下溶液的表面吸附量。上图是最大气泡压力法测定表面张力的装置示意图。将欲测表面张力的液体装于支管试管 5中，使毛细管 6的端面与液面相切，液面即沿着毛细管
6、上升，打开滴液漏斗 2的活塞进行缓慢抽气，此时由于毛细管内液面上所受的压力（p大气）大于支管试管中液面上的压力 （p 系统） ，故毛细管内的液面逐渐下降，并从毛细管管端缓慢地逸出气泡。在气泡形成过程中，由于表面张力的作用，凹液面产生了一个指向液面外的附加压力 p，因此有下述关系：p大气p 系统ppp 大气p 系统 (3)附加压力 p 和溶液的表面张力 成正比，与气泡的曲率半径 R成反比，其关系式为p2/R (4)若毛细管管径较小，则形成的气泡可视为是球形的。气泡刚形成时，由于表面几乎是平的，所以曲率半径只极大；当气泡形成半球形时，曲率半径只等于毛细管管径 r，此时R值为最小；随着气泡的进一步增
7、大，只又趋增大(见图 3所示)，直至逸出液面。 根据(314)式可知，当 Rr 时，附加压力最大，为p2/r (5)这最大附加压力可由数字式微压差测量仪上读出。在实验中，若使用同一支毛细管和压力计，则 r是一个常数。 如果将已知表面张力的液体作为标准，由实验测得其 p 后，就可求出 r。然后只要用这一仪器测定其他液体的 p 值，通过(5)式计算，即可求得各种液体的表面张力 4.1.1 实验数据记录及处理（1）由 水 =kp 水 ，p 水 =715.67pa， 水 =71.1810-3N/m可解得 k=水 /p 水 =71.1810-3/715.67=9.94610-5，再由 =kp 求得各 值
8、。数值如下表所示：表1 25时不同浓度SDS水溶液的表面张力序号 1 2 3 4 5 6 7浓度/mol.L-10.002 0.004 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016lgc -2.699 -2.398 -2.097 -2 -1.921 -1.854 -1.796594 470 443 441 452 491 458587 471 438 446 453 491 459P/Pa592 472 442 440 456 490 458平均值 591.00 471.00 441.00 442.33 453.67 490.67 458.33*10 -3 58.78 46.85
9、43.86 43.99 45.12 48.80 45.59 （2）由 值作 -C 图，如下所示：图 1 -c图y = 280393x2 - 5108.4x + 65.98240455055600.0015 0.0035 0.0055 0.0075 0.0095 0.0115 0.0135 0.0155c/(mol/L)(10 )由曲线方程可知，最低点的横坐标即为 CMC 值，其约为 0.0091mol/L。（2）作 -lgc 图如下所示：图 2 -lgc图y = -24.784x - 9.6022y = 18.808x + 82.4574042444648505254565860-2.8 -2
10、.6 -2.4 -2.2 -2 -1.8 -1.6lgc(10N/m)由两直线方程求其交点，可得其为-2.112；由lgc=-2.112可得：c=0.0077mol/L。4.2 电导法及原理：临界胶束浓度（critical micelle concentration，CMC）即指形成胶束的最低浓度。形成的胶束可以是球状、棒状或层状。其形状取决于表面活性剂分子自身结构的影响，也与周围介质及环境条件有关。形成胶束后的表面活性剂溶液，由于溶液结构的变化导致溶液的一系列的物理化学性质发生变化，在表面活性剂溶液的性质与浓度的关系曲线上，位于临界胶束浓度出的转折点，就是测定临界胶束浓度的实验依据。对于一般
11、电解质溶液，其导电能力由电导率 L，即电阻的倒数（1/R）来衡量，若所用的电导管电极面积为 A，电极间距为 l，用此管测定电解溶液电导，则式中：k 是 A=1m2 , l=1m时的电导，称作比电导或电导率，其单位为 -1m-1 ；l/k 称作电导率常数。电导率和摩尔电导率有下列关系：m=/c，m 为1mol电解质溶液的电导能力，c 为电解质溶液的摩尔浓度。m 随电解质浓度而变， 对于离子型表面活性剂溶液，当溶液浓度很稀时，电导的变化规律也和强电解质一样；但当溶液浓度达到临界胶束浓度时，随着胶束的生成，电导率发生改变，摩尔电导急剧下降，这就是电导法测定 CMC的依据。4.2.1实验数据记录及处理
12、：表2 25时不同浓度SDS水溶液的电导率序号 1 2 3 4 5 6 7 8浓度c（mol.L -1）0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016电率导（10 3uS/cm）0.177 0.271 0.357 0.455 0.761 0.844 0.977 1.070m（10Smmol-1）88.500 67.7500 59.500 56.875 76.100 70.333 69.786 66.875图 3 -c图y = -506944x3 + 14125x2 - 43.567x + 0.222400.20.40.60.811.20 0.002
13、 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018浓 度 c(mol/L)电导率（S/m)由图中可得，图的 CMC 值为 0.0093mol/L。图 4 m-c图505560657075808590950 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018c(mol/L)m(10Sm/mol)由图可得，图的拐点为5. 结果与讨论5.1 两种方法的比较：文献值CMC=0.0087 mol/L由图1可得转折点CMC约为0.0091mol/L，则相对误差为：（0.0091-0.0087）/0.0087=
14、4.60%；由图2可得其为0.0077mol/L，则相对误差为：（0.0087-0.0077）/0.0087=11.49%；可知图1所示方法所得结果更接近理论值，误差更小；由图3可得转折点CMC约为0.0093mol/L，则相对误差为：（0.0093-0.0087）/0.0087=6.90%；由图4可得其为0.008 mol/L，则相对误差为：（0.0087-0.008）/0.0087=8.05%；。则可知图3所示方法所得结果更接近理论值，误差更小。综上所述，结合文献值CMC=0.0087 mol.L -1可知 ，表面张力法更好。电导法的优势是取样少，操作简便，数据准确，但只限于离子型表面活性
15、剂，对较高表面活性的表面活性剂有很高的灵敏性，但对CMC值较大表面活性低的表面活性剂，因转折点不明显而不灵敏，过量无机盐会降低测量灵敏度，故不能用于测定缓冲体系中离子型表面活性剂的CMC值。且实验中配制溶液时，最好用新制备的电导水。表面张力法无论对于高表面活性还是低表面活性的活性剂，其CMC值测定都具有相似的灵敏度，此法不受无机盐存在的干扰，易适合于非离子表面活性剂，只是在有少量极性表面活性剂存在时，表面张力浓度曲线上往往出现最低点，不易确定转折点与值，但最低点的出现说明报名活性剂中含有高表面活性杂质，是检验表面活性及纯度的常用方法之一。误差分析：（1） 系统气密性相对较差，在测量过程中漏气造成数据不太稳定；（2） 每次测量时，毛细管下端与液面的相切程度并不完全一致，产生误差；（3） 气泡逸出速度的控制不够均匀稳定，产生误差；（4） 读取最大压差时有误
