电导测定十二烷基苯磺酸钠的临界胶束浓度.pdf

第 14 卷 第 3 期吉 林 林 学 院 学 报Vol 14 No 3 1998 年 7 月JOURNAL OF JILIN FORESTRY UNIVERSITYJul 1998 收稿日期 1998 03 15 电导测定十二烷基苯磺酸钠的临界胶束浓度 陈晓波 吉林林学院基础部 吉林市 132013 龚良发 北京石油化工学院化工系 摘要 用电导法测定了十二烷基苯磺酸钠水溶液在 25 32 5 40 e 时的临界胶束浓度 并且用相分离模型计算 了形成临界胶束时的标准焓变 Hm 标准吉布斯 Gibbs 自由能变化 Gm和标准熵变 Sm 关键词 临界胶束浓度 电导率 相分率模型 分类号 O646 1 表面活性物质在临界胶束浓度 Critical micelle concentration 简写为 C M C 附近 不仅溶液的表面 张力有显著的变化 其它物理性质如电导率 渗透压 蒸气压 光学性质 去污能力及可溶性等皆产生很大 差异11 42 这些现象与表面活性物质的基本性质有着密切关系 要充分发挥表面活性物质的作用 必须使 表面活性物质的浓度稍大于 C M C 所以测定表面活性物质的 C M C 显得非常重要 本文采用电导法测 定十二烷基苯磺酸钠的 C M C 通过测定 25 32 5 40 e 时不同浓度的十二烷基苯磺酸钠水溶液的电导 率 以电导率对浓度作曲线图 在临界胶束浓度 c 1 6 10 3mol dm 3 附近 曲线有明显的转折点 与文 献112数据吻合 说明所测的数据基本可靠 用电导法测定表面活性物质的临界胶束浓度不失为一种简单 可靠的方法 1 实验部分 1 1 仪器和药品 1 仪器和设备 DDS 11A 型电导率仪 上海雷磁仪器厂 HW 10 型远红外线干燥箱 北京兴争仪器 设备厂 501 型超级恒温器 上海市上海县实验仪器厂 100 mL 容量瓶 15 支 2 药品和溶剂 十二烷基苯磺酸钠 化学纯 其中十二烷基苯磺酸钠含量约 80 去离子水 1 2 实验原理 表面活性物质的浓度足够大时 液面上挤满一层定向排列的表面活性物质的分子 形成单分子膜 在 溶液本体则形成具有一定形状的胶束 micelle 它是由几十个或几百个表面活性物质的分子 排列成憎水 基向里 亲水基向外的多分子聚集体 胶束在水溶液中可以比较稳定地存在 我们把形成一定形状的胶束 所需表面活性物质的最低浓度称为临界胶束浓度 实验表明 C M C 不是一个确定的值 而常表现为一个 窄的浓度范围 例如离子性表面活性剂的 C M C 一般约在 10 2 10 1mol dm3之间112 在超过临界胶束浓度的情况下 液面上早已形成聚集紧密定向排列的单分子膜 达到饱和状态 若再 增加表面活性物质的浓度 当然只能增加胶束的个数 溶液的电导率的增加会因此而发生变化 查文献112所得十二烷基苯磺酸钠的 C M C 为 1 6 10 3mol dm3 但是查文献152所得十二烷基苯 磺酸钠的 C M C 为 1 2 10 3mol dm3 为了弄清究竟是哪一个 本文用电导法测定十二烷基苯磺酸钠的 水溶液的电导 得到 C M C 约为 1 6 10 3mol dm3 与文献112的数据相吻合 1 3 实验方法 1 十二烷基苯磺酸钠用丙酮重结晶 3 次提纯 经远红外线干燥箱烘烤 3 h 左右 此时十二烷基苯磺 酸钠的含量约为 89 而其中氯化钠和硫酸钠共约含 10 2 制备溶液 准确称取纯化后的十二烷基苯磺酸钠 配制浓度为 0 20 0 40 0 59 0 79 0 99 1 10 1 39 1 49 1 58 1 68 1 78 1 98 2 18mol m3的十二烷基苯磺酸钠的水溶液 3 用 501 恒温器控制水浴温度分别为 25 32 5 40 e 测不同温度下的电导率 2 结果与讨论 2 1 胶束形成的机理 由于活性剂分子的疏水基部分对水的亲合性较弱 在稀的水溶液中 为了切断水分子间的氢键而溶 解 必须稍作一些功 在不少情况下 物质在水中的溶解是由水同该物质水合的能量来补给的 由于活性剂 分子的疏水基部分具有从水中排出的趋势 因此在 C M C 以下浓度范围内 它以单分子状态吸附在溶液 表面 使界面自由能减少 体系得到稳定 在 C M C 以上时 由于溶液表面上的定向吸附达到饱和值 为 减少界面自由能 从水中排出的意义只能形成缔合物 当活性剂在水中以单分子状溶解时 由于在疏水基部形成了冰样结构 因此应该是这部分的熵减少 这就要使疏水基尽量从水中排出 这时烃链之间发生缔合 冰样结构被破坏 回复成自由水分子 在这个过 程中熵增大 形成了胶束 胶束生成 熵之所以具有较大的正值原因正如上所述 因而胶束的形成不单由于 水分子与烃之间的相斥或疏水基之间的范得华力所引起的 烃链周围冰样结构的破坏是胶束形成的推动力 而胶束的形成使自由能减少 此外 离子性亲水基之 间 如互相接近 则自由能增加 在整个体系自由能变为最小时形成了热力学上稳定的有一定大小的胶束 离子性表面活性剂在水中的缔合数 n 50 60 112 一般认为在 C M C 以上时胶束与单体是共存的 胶束中的分子以半衰期为 10 3s 的速度不断离合 集散 一面和单体保持平衡 从理论上有 2 种见解 一种是把胶束作为在 C M C 以上分离成液状的假相 pseudo phase 的相分离理论112 另一种则是从质量作用定律考虑的 胶束形成过程中的标准焓变 Hm 标准吉布斯 Gibbs 自由能变 Gm 标准熵变 Sm 可依据相 分离模型11 62计算 对于十二烷基苯磺酸钠 其形成胶束过程的标准吉布期能变 Gm 可表达为 Gm 2RT lncmc 1 式中 R 为理想气体常数 T 为绝对温度 cmc为临界胶束浓度 根据热力学公式可得 Hm 2RT 2 9lncmc 9T p 2 Sm Hm Gm T 3 假定 Hm不随温度变化 定积分 2 得不同温度 T1 T2下临界胶束浓度的变化表示为 ln cmc T 2 cmc T1 Hm 2R 1 T2 1 T1 4 2 2 结果与讨论 在稀溶液中 强电解质溶液的摩尔电导随浓度的升高而降低 在极稀的溶液中 摩尔电导与浓度的关 系为 m 1 BcN 式中 为浓度为cN时的摩尔电导 m为无限稀释时的摩尔电导 B为常数 而电导则随浓度的增加而 升高 几乎成直线关系 所测溶液的电导是其中十二烷基苯磺酸钠和其它杂质主要是硫酸钠和氯化钠的电 导之和 假定硫酸钠的量是氯化钠量的 2 倍 两者一共占所称质量的 10 把溶液看成是无限稀的 这样 可分别求出氯化钠和硫酸钠的摩尔电导 等于无限稀溶液的摩尔电导 再根据摩尔电导与电导率的关系 J c 式中 J为电导率 为浓度为c 时的摩尔电导 求得氯化钠和硫酸钠的电导率 这样溶液中十二烷 基苯磺酸钠的电导率也可由电导率的加和性求得 以 25e 时测得的数据为例 所测电导率减去氯化钠和硫酸钠的电导率 J NaCl 126 45c NaCl 168 吉 林 林 学 院 学 报第 14 卷 10 4S m J Na2SO4 259 82c Na2SO4 10 4S m172后 为十二烷基苯磺酸钠的电导率 把十二烷基苯 磺酸钠的含量计为 89 进行如上处理后的结果见表 1 表 1中 J c为 25 e 所测电导率去掉氯化钠的硫酸钠的电导率后十二烷基苯磺酸钠溶液所产生的电导 率 表 1 不同浓度 不同温度时溶液的电导率 Tab 1 Conductivity of SDBS solution at different concentration and temperature J S m 1T K c mol m 3 0 200 400 590 790 991 101 391 491 581 681 781 982 18 J c298 20 0110 0230 0410 0510 0580 0690 078 0 082 0 088 0 089 0 097 0 105 0 121 J1 298 20 0130 0260 0450 0560 0640 0780 088 0 095 0 100 0 102 0 110 0 120 0 137 J2 313 20 0170 0340 0540 0700 0790 0920 107 0 116 0 125 0 128 0 142 0 115 0 170 J3 305 70 0150 0300 0470 0600 0700 0840 092 0 103 0 108 0 110 0 121 0 132 0 148 以 4 组电导率数据对浓度作图得到变化趋势大致相同的曲线 参见图 1 图 1 电导率与浓度的关系 Fig 1 The relation between conductivity and con centration 由图 1 知 十二烷基苯磺酸钠水溶液在浓度大约为 1 6 mol m3处出现电导率的突变 这与文献112所说十二烷 基苯磺酸钠的 C M C 为 1 6 mol m3相吻合 所得曲线近 似为直线 在低浓度时 数据偏高 在高浓度时数据偏低 原 因是随着浓度的增加 强电解质溶液离子间作用力增强 它 的电导率和摩尔电导变化不如稀溶液时变化有规律 但是 电导率随浓度变化的总的规律是表现出来了 由图 1 得知 在 25 e 和 40 e 时的 C M C 分别为 1 58 mol m3和 1 63 mol m3 根据公式 1 4 计算形成 胶束的标准焓变 Hm 标准自由能变化 Gm和标准熵变 Sm分别为 3 18 31 96 96 6 kJ mol 这与文献112所 说相符 说明电导法测定 C M C 简单可行 11 32 但是此方法 仅限于离子型表面活性剂 且有无机物等导电杂质时会影响测定结果的灵敏度 References 1 Beiyuan Wenxong 北原文雄 Wangjin Kangteng 王进康腾 Zhaoye Maofu 早野茂夫 Physical Property Applying Chemical Ecology Beijing 北京 Chemical Industry Press 化学工业出版社 1984 76 85 2 Wang Xiaoju 王晓菊 Determination of Critical Micelle Concentration of Surface Active Agent by Electric Conductance Method Chemistry Engineering 化学工程师 1997 5 15 16 3 Zhou Yaohong 邹耀 洪 Determination of Critical Micelle Concentration of Surfactant by Electronic Conductance Method University Chemistry 大学化学 1997 12 6 46 47 4 Cui Zhenggang 崔正刚 The Mixed Micelle Formation and Surface Tension Reduction Effectiveness for Binary Surfac tant System Daily Chemistry Industry 日用化学工业 1997 4 1 7 5 Zhou Zukang 周祖康 Gu Xiren 顾惕人 Ma Jiming 马季铭 Collochemistry the 2nd version Beijing 北京 Be i jing University Press 北京大学出版社 1991 65 68 6 Liu Cheng 刘程 The Applying Handbook of Surface Activity Agents Beijing 北京 Chemical Industry Press 化学工 业出版社 1992 20 21 下转第 176页 169 第 3 期陈晓波等 电导测定十二烷基苯磺酸钠的临界胶束浓度 Study on Wood and Indoor Environmental Characteristic Qiu Zhaorong Wang Juwei Ornament Engineering Department of Jilin Forestry University Jilin 132013 Abstract It is indicated that wood display the most excellent environment specific property Comparing to other materials by excuting and analysing the feeling characteristic are vision sense of touch hearing scent etc and the characteristic of adjusting air temperature and humidity is also and excellent indoor decorating and furniture material that could creat comfortable natural housing surrourdings material Keywords Wood Feeling characteristic Indoor environment 上接第 169 页 Critical Micelle Concentration of the Solutio