电导法测定表面活性剂临界胶束浓度演示教学

1、11/30/20212019级物理化学(w l hu xu)实验 2019年年4月月第一页，共15页。演 示1. 了解表面活性剂的特性及胶束形成原理。了解表面活性剂的特性及胶束形成原理。2. 掌握电导仪的使用方法。掌握电导仪的使用方法。3. 用电导法测定十二烷基苯磺酸钠（用电导法测定十二烷基苯磺酸钠（LAS）的临）的临界界(ln ji)胶束浓度。胶束浓度。 4.考察氯化钠浓度对考察氯化钠浓度对LAS临界临界(ln ji)胶束缚浓度胶束缚浓度的影响。的影响。第二页，共15页。演 示 明显明显“两亲两亲”性质性质(xngzh)的分子，即含有亲油的分子，即含有亲油的足够长的的足够长的(大于大于101

2、2个碳原子个碳原子)烃基，又含有亲水的烃基，又含有亲水的极性基团。由这一类分子组成的物质称为表面活性剂，极性基团。由这一类分子组成的物质称为表面活性剂，表面活性剂分子都是由极性部分和非极性部分组成的。表面活性剂分子都是由极性部分和非极性部分组成的。 表面活性剂进入表面活性剂进入(jnr)(jnr)水中，在低浓水中，在低浓度时呈分子状态，并且三三两两地把亲油度时呈分子状态，并且三三两两地把亲油基团靠拢而分散在水中。当溶液浓度加大基团靠拢而分散在水中。当溶液浓度加大到一定程度时，许多表面活性物质的分子到一定程度时，许多表面活性物质的分子立刻结合成很大的集团，形成立刻结合成很大的集团，形成”胶束胶束

3、”。 第三页，共15页。演 示以胶束形式存在于水中的表面活性物质是比较稳定以胶束形式存在于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临界(ln ji)胶束浓度，以胶束浓度，以CMC表示。表示。 当表面活性剂溶于水中后，不但定向地吸附在溶当表面活性剂溶于水中后，不但定向地吸附在溶液表面，而且达到一定浓度液表面，而且达到一定浓度(nngd)时还会在溶液中时还会在溶液中发生定向排列而形成胶束。表面活性剂为了使自己成发生定向排列而形成胶束。表面活性剂为了使自己成为溶液中的稳定分子，有可能采取的两种途径：一是为溶液中的

4、稳定分子，有可能采取的两种途径：一是把亲水基留在水中，亲油基伸向油相或空气；二是让把亲水基留在水中，亲油基伸向油相或空气；二是让表面活性剂的亲油基团相互靠在一起，以减少亲油基表面活性剂的亲油基团相互靠在一起，以减少亲油基与水的接触面积。与水的接触面积。 第四页，共15页。演 示 前者就是表面前者就是表面(biomin)(biomin)活性剂分子吸附在界面上，活性剂分子吸附在界面上，其结果是降低界面张力其结果是降低界面张力, ,形成定向排列的单分子膜，后者形成定向排列的单分子膜，后者就形成了胶束。由于胶束的亲水基方向朝外，与水分子相就形成了胶束。由于胶束的亲水基方向朝外，与水分子相互吸引，使表面

5、互吸引，使表面(biomin)(biomin)活性剂能稳定溶于水中。活性剂能稳定溶于水中。 本实验利用本实验利用DDS-11A型电导仪测定不同型电导仪测定不同(b tn)浓度的十二烷基硫酸钠水溶液的浓度的十二烷基硫酸钠水溶液的电导值电导值(也可换算成摩尔电导率也可换算成摩尔电导率)，并作电导，并作电导值值(或摩尔电导率或摩尔电导率)与浓度的关系图，从图中与浓度的关系图，从图中的转折点求得临界胶束浓度。的转折点求得临界胶束浓度。 第五页，共15页。演 示第六页，共15页。演 示实验实验(shyn)原理原理1. 电导电导(din do)(G)和电导和电导(din do)率（率（）描述导体导电能力的

6、大小，常以电阻的倒数描述导体导电能力的大小，常以电阻的倒数(do sh)表示。表示。G=1/R， 单位是西门子单位是西门子S 。G= (A/l) 或或 =(1/A)(1/R) 称为电导率或比电导称为电导率或比电导( =1/ ),它相当于长度为它相当于长度为1m,截面积为截面积为1m2导导体的电导体的电导,其单位是其单位是Sm-1。对于确定的电导池来说对于确定的电导池来说,1/A是常数是常数,称为电导池常数。电导池常数可通称为电导池常数。电导池常数可通过测定已知电导率的电解质溶液的电导过测定已知电导率的电解质溶液的电导(或电阻或电阻)来确定。来确定。 第七页，共15页。演 示2. 摩尔摩尔(m

7、r)电电导导1mol电解质全部置于相距电解质全部置于相距(xingj)为为1m的两个电极之间的两个电极之间,溶液的电导溶液的电导称之为摩尔电导称之为摩尔电导,以以 m表示。表示。 如溶液的浓度以如溶液的浓度以C表示表示,则电导可以则电导可以(ky)表示为表示为: m = /(1000C)式中式中 m的单位是的单位是Sm2mol-1;C的单位是的单位是moldm-3。 第八页，共15页。演 示电导电导(din do)率仪一台；率仪一台；容量瓶容量瓶(50mL) 12只；只；电导电导(din do)电极一支；电极一支；仪器仪器(yq)：试剂：试剂：十二烷基苯磺酸钠十二烷基苯磺酸钠( (分析纯分析纯

8、) )氯化钠氯化钠 第九页，共15页。演 示取取2g/L的十二烷基苯磺酸钠溶液的十二烷基苯磺酸钠溶液10毫升，测定毫升，测定(cdng)其电导。之后，每次加入其电导。之后，每次加入5毫升稀释到一定浓度的毫升稀释到一定浓度的（氯化钠稀释（氯化钠稀释1、2组组0.2g/L;3、4组组0.4g/L；5、6组组0.6g/L；7、8组组0.8g/L）氯化钠溶液进行稀释并测定）氯化钠溶液进行稀释并测定(cdng)电导，一共稀释测定电导，一共稀释测定(cdng)18次，至总体积次，至总体积100毫升。毫升。2. 开通电导率仪的电源开通电导率仪的电源(dinyun)预热预热20min。3. 列表记录各溶液对应

9、的电导，并换算成电导率或摩列表记录各溶液对应的电导，并换算成电导率或摩尔电导率。尔电导率。 第十页，共15页。演 示3. 试验试验(shyn)数据记录表数据记录表浓度浓度/molL-1电导率电导率浓度浓度/molL-1电导率电导率第十一页，共15页。演 示1. 计算各浓度的十二烷基硫酸钠水溶液的电导率和计算各浓度的十二烷基硫酸钠水溶液的电导率和摩尔电导率。摩尔电导率。2. 将数据列表将数据列表(li bio)，做，做-c图与图与mc图，由曲图，由曲线转折点确定临界胶束浓度线转折点确定临界胶束浓度CMC值。值。第十二页，共15页。演 示w若要知道若要知道(zh do)所测得的临界胶束浓度是否准所

10、测得的临界胶束浓度是否准确，可用什么实验方法验证之？确，可用什么实验方法验证之？w溶解的表面活性剂分子与胶束之间的平衡温度和溶解的表面活性剂分子与胶束之间的平衡温度和浓度有关系，其关系式为：浓度有关系，其关系式为： 2CMCdln=-d2RcHTT试问试问(shwn)如何测出其热效应如何测出其热效应H？第十三页，共15页。演 示w 表面活性剂的渗透，润湿，乳化，去污，分散，增溶和起泡作用等基本原理广泛应用于石油，煤炭，机械，化工，冶金，材料及轻工业，农业生产中，研究表面活性剂溶液的物理溶液化学性质（吸附）和内部性质（胶束形成）有着重要意义。而临界胶束浓度（CMC）可以作为表面活性剂的表面活性的一种量度。因为CMC越小，则表示(biosh)这种表面活性剂形成胶束所需浓度越低，达到表面（界面）饱和吸附的浓度越低。因而改变表面性质起到润湿，乳化，增溶和起泡等作用所需的浓度越低，另外，临界胶束浓度又是表面活性剂溶液性质发生显著变化的一个“分水岭”。因此，表面活性剂的大量研究工作都与各种体系中的CMC测定有关。第十四页，共15页。演 示w 测定CMC的方法很多，常用的有表面张力法，电导法，染料法，增溶作用法，光散射法等。这些(zhxi)方法，原理上都是从溶液的物理化学性质随浓度变化关系出发求得。其中表面张力和电导法比较简便准确。表面张力法除了可求得CMC之外，