CMC的测定.doc

物理化学设计性实验 表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定学院：化学与分子工程学院班级：应用化学108班姓名： 学号： 同组者： 表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定摘要: 表面活性剂的一个重要性质是其临界胶束浓度(Critical Micelle Concentration,简称CMC)。本文利用电导率法对阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)的CMC进行了研究。关键词: 临界胶束浓度(CMC) ;电导率法；十二烷基硫酸钠(SDS) ;温度;丁醇。1.引言：表面活性剂是一种具有两亲性质的物质可以显著的改变体系表面的性质，在许多领域都有应用，如：在纺织工业中做洗涤剂、均染剂和分散剂，在石油工业中作为驱油剂提高原油采收率或进行油田杀菌等。而临界胶束浓度会使体系的性质发生突变，因此研究表面活性剂的临界胶束浓度对表面活性剂在化学化工方面的应用有着十分重要的作用。2.实验部分2.1实验原理介绍2.1.1 表面张力及CMC的含义及特征 一定条件下的任何纯液体都具有表面张力,20时，水的表面张力为72.75-1。当溶剂中溶入溶质时，溶液的表面张力因溶质的加入而发生变化，水溶液表面张力的大小因溶质不同而改变，如一些无机盐可以使水的表面张力略有增加，一些低级醇则使水的表面张力略有下降，而肥皂和洗衣粉可使水的表面张力显著下降。使液体表面张力降低的性质即为表面活性。表面活性剂是指那些具有很强表面活性、能使液体的表面张力显著下降的物质。此外，作为表面活性剂还应具有增溶、乳化、润湿、去污、杀菌、消泡和起泡等应用性质，这是与一般表面活性物质的重要区别。 表面活性剂分子一般由非极性烃链和一个以上的极性基团组成，烃链长度一般在8个碳原子以上，极性基团可以是解离的离子，也可以是不解离的亲水基团。极性基团可以是羧酸及其盐、磺酸及其盐、硫酸酯及其可溶性盐、磷酸酯基、氨基或胺基及它们的盐，也可以是羟基、酰胺基、醚键、羧酸酯基等。如肥皂是脂肪酸类（R-COO-）表面活性剂，其结构中的脂肪酸碳链(R-)为亲油基团，解离的脂肪酸根（COO-）为亲水基团。 按极性基团的解离性质分类 （1）阴离子表面活性剂：硬脂酸，十二烷基苯磺酸钠 （2）阳离子表面活性剂：季铵化物 （3）两性离子表面活性剂：卵磷脂，氨基酸型，甜菜碱型 （4）非离子表面活性剂：脂肪酸甘油酯，脂肪酸山梨坦（司盘），聚山梨酯（吐温） 由于表面活性分子具有双亲结构，分子有自水中逃离水相而吸附于界面上的趋势，当浓度逐渐增大一定程度时，许多表面活性剂分子立刻结合成大基团，形成“胶束”。开始明显形成胶束的浓度称为临街胶束浓度，以CMC表示。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转折。这个现象是测定CMC的实验依据，也是表面活性剂的一个重要特征。CMC可作为表面活性剂表面活性的一种度量，CMC越小，表明这种活性剂形成胶束所需的浓度越低，达到表面饱和吸附的浓度越低。因而改变表面性质从而起到润湿，乳化，增溶，起泡等作用所需的浓度也越低。此外，临街胶束浓度也是表面活性剂溶液性质发生显著变化的一个“分水岭”。体系的多样性质在CMC附近都会发生一个比较明显的变化。测定CMC可以采用的方法有以下几种。 （1）电导法。 （2）表面张力法（3）紫外法（4）比色法（染料吸附法）（5）浊度法本实验使用的是电导法测CMC值。2.1.2 电导法测表面活性剂临界胶束浓度的原理 电导法测表面活性剂临界胶束浓度是指利用离子型表面活性剂水溶液的电导率随浓度的变化关系，作K-C曲线或m-c1/2曲线，由曲线转折点求出CMC值。对电解质溶液，其电导能力电导G衡量： G=(A/L) 其中，是电导率（s.m-1），A/L是电导池常数（m-1）。在恒定温度下，稀的强电解质溶液的电导率与摩尔电导率 m的关系是： m=/c 其中m(s.m2.mol-1),c(mol.m-3)。 若温度恒定，在极稀的浓度范围内，强电解质溶液的摩尔电导率m与其浓度的1/2成线性关系。对于胶体电解质，在稀溶液时的电导率，摩尔电导率的变化规律与强电解质一致，但是随着溶液中胶团的生成，电导率和摩尔电导率发生明显变化，这就是确定CMC的依据。由下图中摩尔电导率-表面活性剂浓度曲线可知，溶液的电导率在某点发生显著下降，此点所对应的浓度即为临界胶束浓度（CMC） 2.1.3紫外法测表面活性剂临界胶束浓度的原理紫外吸收分光光谱也是确定表面活性剂CMC 值的一种简单、准确的有效方法， 可测定多种表面活性剂的 CMC 值。该方法的关键是寻找一种理想的光度探针， 其 max 对表面活性剂聚集体微环境下的性质很敏感， 其敏感性越强， 对 CMC 的测定越可靠。研究利用紫外吸收分光光谱仪在碘溶液存在的情况下可以测定非离子表面活性剂 Tween20聚氧乙烯(20 )山梨醇酐单月桂酸酯和 Tween40聚氧乙烯(40)山梨醇酐单棕榈酸酯的 CMC。2.1.4表面张力法测表面活性剂临界胶束浓度的原理用滴体积法测定出不同浓度时表面活性剂溶液的落滴体积, 直接由落滴体积对浓度的对数作图, 即可简便、准确地确定出CMC.滴体积法是在滴重法2 的基础上发展起来的.此法的基本原理是: 当液体在管口成滴落下时, 落滴大小与管口半径及液体表面张力有关.由于落滴在管口滴落时有部分残留, 必须引入校正因子, 从而得到如下的关系式: _._ r=FVpg/R.式中r为表面张力,V 为落滴体积, p 为液体密度, g 为重力加速度, R为管口半径, F为校正系数当V乘以R-3的值在1.1772.352之间时，校正系数F 在0.2 6 3 8 一0.2 6 5 8 之间, 平均为0.2 6 4 8 , 可近似看作为常数，式中r与V近似呈线性关系.经验方程r0为纯溶剂的表面张力, 为饱和吸附量, K为吸附系数,C为浓度.显然，r与ln(1+KC)呈线性关系.这样, 在浓度趋近CMC的窄范围内,V与ln(1+Kc)近似呈线性.对于一些表面活性剂, 104K1,ln(1+KC)近似为lnc,所以落滴体积v与溶液浓度的对数Lnc呈线性关系,当浓度大于CMC时溶液的表面张力不再发生变化, 液滴体积也将不变, 这样就会得到另一条落滴体积V 与 Ln (1+Kc)的直线,两条直线的交点正好是CMC.2.1.5温度对临界胶束浓度（CMC）的影响温度对表面活性剂水溶液CMC的影响是复杂的，开始时CMC随温度的升高而下降中间经过一最小值，然后随温度升高而增大。因为温度升高即可使亲水基水化程度减小，促使胶团形成，同时又使疏水基周围的结构水破坏，妨碍胶团的形成。这两个相反效应的相对大小决定温度升高是使CMC升高还是降低。对于离子型表面活性剂最低的CMC值对应温度在20-30范围内。下图为温度对SDS的CMC值影响。 2.2仪器与试剂超级恒温槽 1 台，DDS-11A 型电导率仪1台，铂黑电极1支，1000ml容量瓶2个，100ml 容量瓶12个，1ml移液管1支，5ml移液管1支，25ml移液管1支，恒温电导池1个，十二烷基硫酸钠溶液（分析纯） ，蒸馏水。2.3实验操作2.3.1电导法测十二烷基硫酸钠的CMC值1、配置溶液。 （1）母液（0.1mol/L的SDS溶液）的配制。准确称取 28.84gSDS于锥形瓶中，加水溶解，转移至容量瓶中，加水至1000ml。 （2）用0.25mol/L的SDS母液分别配制0.002、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.010、0.011、0.012、0.014、0.016十二烷基硫酸钠100毫升。分别量取2、4、5、6、7、8、9、10、11、12、14、16ml母液于100毫升容量瓶中加水稀释至100ml。2、用超级恒温槽与恒温电导池接通，调节恒温槽水温到测定需要的温度25（根据实验需要设定）。3、用蒸馏水淌洗电导池和电导三次(注意不要直接冲洗电极，以保护铂黑)。再用0.002mol/L的SDS溶液淌洗三次。往电导池中倒入适量0.002mol/L的SDS溶液（使极板全部浸在溶液中），插好电导电极，至少恒温10分钟。 4、 打开电导率仪的开关，选择最大量程，将“校正-测量”开关扳至“校正”位置，将“温度补偿”旋钮调到25.根据所用电极上标明的电极常数，调节“常数校正”旋钮至相应数值。5、 将“校正-测量”开关扳至“测量”位置，调节“量程选择”旋钮，根据仪器显示的有效位数，确定适当量程，此时仪器显示的数值即为该溶液的电导率。6、 将“校正-测量”开关扳至“校正”位置，倒掉电导池中的溶液，插好电极，恒温10分钟后，按步骤4和5测定其电导率。按由稀到浓的顺序，测定其他浓度的电导率。7、 测量结束后，把电极浸泡在蒸馏水中。关闭电导率仪和超级恒温槽。注意事项：1. 电导率仪不用时，应把铂黑电极浸泡在蒸馏水中，以免干燥致使表面发生变化。2. 试验中温度要恒定，测量必须在同一温度下进行。3. 测定前，必须将电导电极及电导池洗涤干净，以免影响测定结果。4. 配制溶液时，避免出现泡沫，保证表面活性剂完全溶解，否则影响浓度的准确性。文献值：40：CMC=0.0087 mol.L-1； 25 ：CMC=0.0098 molL-1。SDS分子量：288.39g.mol-1。2.4数据记录与处理：温度电导率/SDS浓度/0.0020.0040.0050.0060.0070.0080.0090.0100.0110.0120.01