表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定

设计实验：表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定一、实验目的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2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、实验原理三、实验要求1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。2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lgc直线，由两线的交叉点确定CMC。而在用电导法时，可以作c曲线，也可以作m曲线。指出转折点明显直观，误差小的数据处理方法。4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。5实验报告必须打印，数据处理用Origin软件或用Microsoft Excel作图。设计实验：表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定姓名；班级 ；学号 ; 分数 温度201 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（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，50mL小烧杯9个 十二烷基硫酸钠(A.R.)，蒸馏水。4实验方法4.1 最大气泡法及原理：表面活性剂溶液的表面张力随浓度的变化在CMC处出现转折。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p与液体表面张力及毛细管半径r有下述关系P最大=2/r，即=P最大·r/2=KP最大。由于在实验中使用的是同一支毛细管和微压差计，则r/2是常数（称为仪器常数），用K表示。如果用已知表面张力的液体作为标准，就可以测定其他各种液体的表面张力。所以在表面张力法的处理数据时，可以作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lgc直线，由两线的交叉点确定CMC。 4.1.1实验步骤1) 室温下测；2) 洗净玻璃器皿，注入蒸馏水，使管内液面刚好毛细管相切，调节抽气瓶活塞，并使气泡形成保持稳定，读取压力差，读3次，取平均值；3) 按上述方法测定不同浓度的十二烷基硫酸钠，从稀到浓依次测定，每次测定前必须用少量被测洗涤测定管，尤其是毛细管；4.1.2 实验数据记录及处理：表1 20时不同浓度SDS水溶液的表面张力序号123456789c/mol.L-10.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.02P/Pa535456421410372432480515547/10-3N.m-155.6447.4743.7842.6440.2746.7249.9253.4956.89logC-2.70-2.40-2.22-2.10-2.00-1.92-1.85-1.80-1.70图1 对c做图 图2 对c做图结论：c曲线所确定的CMC相对误差：（|0.0096-0.012|）/0.012=20 c曲线所确定的CMC相对误差：（|0.00912-0.012|）/0.012=24由此得出c曲线所确定的CMC更加准确。4.2 电导法及原理： 对于离子型表面活性剂，当溶液浓度很稀时，电导的变化规律与一般强电解质相似，表面活性剂完全解离为离子，随着温度上升，电导率近乎直线上升，但当溶液浓度达到临界胶束浓度时，随着胶束的形成，胶束定向移动速率减慢，仍随着浓度增大而上升，但变化幅度变小，摩尔电导率也急剧下降，利用-C曲线也可以作mc曲线的转折点求CMC值。4.2.1 实验步骤1) 准备浓度为0. 002、   0. 004、0.006，0.008、0. 010、0. 012、0.014，0.016 ，0.02mol/ m³的十二烷基硫酸钠溶液；2) 开通电导率仪的电源预热20min；3) 按浓度从稀到浓顺序, 用电导率仪分别测定室温时各溶液电导率值, 读取数据。4.2.2 实验数据记录及处理：表2 20时不同浓度SDS水溶液的电导率序号123456789浓度/mol.L-10.0020.0040.0060.0080.010.0120.0140.0160.02电率导/103us.cm-10.1830.3680.5050.6240.7160.8180.9040.9841.056m/103us.cm-191.59284.177871.668.1764.5761.552.8 图1 c曲线所确定的CMC 图2 mc曲线所确定的CMC结论：-C曲线所确定的CMC相对误差（|0.0105-0.012|）/0.012=12.5 mc所确定的CMC相对误差（|0.0102-0.012|）/0.012=155. 结果与讨论(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,实验注意事项等)  由上两个实验方法的测得cmc为 0.0096,0.00912,0.0105,0.0102 mol/L,但是实验理论值为0.012mol/L。实验值偏大那么误差来源有可能是以下几个方面： ：操作过程中仪器，人工带来的不可避免的误差。比如最大气泡法，控制气泡的速度是人的行为这样很容易造成误差。 ：配制溶液的时候，称量与定容的时候也会造成误差，这是电导法和最大气泡法都容易出现的。：还有就是测定的 数据本来就不多，这样来确定转折点也是很片面的。5.1 两种方法的比较：电导法比最大气泡法1)电导法所用仪器比较简单，只用电导率仪测电导率就可以了，测定步骤也很简单数据处理也较为简单. 且离标准值0.012mol/L很近。相对误差|0.01050.012|/0.012=12.5%2)气泡法用表面张力测定仪，仪器比较精密，所测数据较为准确，但是操作比电导法稍微复杂，很难控制气泡单个逸出，而且逸出的速度也均匀。随着实验的进行，压力差也极为不稳定，而且数据处理也较为复杂，测得的临界胶束浓度是0.0096mol/L所得数据离标准值较远，误差较大。相对误差（0.012-0.0096）/0.012 *100%=20%。5.2 实验注意事项:（1）气泡法：1.仪器系统不能漏气。2.分液漏斗中，水的流速每次应保持一致，尽可能使气泡分开逸出，读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时的压力差。3.所用毛细管必须干净，干燥，应保持垂直，管口要和液面相切。4.使气泡缓慢均匀地形成, 若气泡出得过快或气泡出现不均, 将造成P变大而带来误差。（2）电导法：1.电极和不同浓度的溶液都要在度的恒温槽中恒温5分钟。2.配制溶液时浓度要准确。3.试管要干净，干燥。6. 参考文献 1.物理化学实验（武汉理工大学出版社）；2.物理化学（第五版）下册，南京大学化学化工学院 傅献彩 沈文霞 姚天扬 侯文华 编。3. 文献值：20：CMC=0.012 mol.L-1； 25 ：CMC=0.0098 mol·L-1；