【2017年整理】实验十四电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度.doc

实验十七 电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度 1．用电导法测定十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度 2．了解表面活性剂的特性及胶束形成原理 3．掌握电导仪的使用方法具有明显“两亲”性质的分子，既含有亲油的足够长的（大于10~12个碳原子）烃基，又含有亲水的极性基团（通常是离子化的）。由这一类分子组成的物质称为表面活性剂，如肥皂和各种合成洗涤剂等。表面活性剂分子都是由极性部分和非极性部分组成的，若按离子的类型分类，可分为三大类：①阴离子型表面活性剂，如羧酸盐（肥皂，C17H35COONa），烷基硫酸盐（十二烷基硫酸钠，CH3（CH2）11SO4Na），烷基磺酸盐（十二烷基苯磺酸钠，CH3（CH2）11C6H5SO3Na）等；②阳离子型表面活性剂，主要是胺盐，如十二烷基二甲基叔胺（）和十二烷基氯化胺（）；③非离子型表面活性剂，如聚氧乙烯类（）。 表面活性剂进入水中，在低浓度时呈分子状态，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“胶束”。以胶束形式存在于水中的表面活性剂物质是比较稳定的。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，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）同浓度的关系曲线出现明显的转折，如图所示。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。这种特征行为可用生成分子聚集体或胶束来说明，如图所示当表面活性剂溶于水中后，不但定向地吸附在水溶液表面，而且达到一定浓度时还会在溶液中定向排列而形成胶束。表面活性剂为了使自已成为溶液中的稳定分子，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。前者就是表面活性剂分子吸附在界面上，其结果是降低界面张力，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，与水分子相互吸引，使表面活性剂能稳定地溶于水中。随着表面活性剂在溶液中浓度的增长，球形胶束还可能转变成棒形胶束，以至层状胶束，如图所示。后者可用制作液晶，它具有各向异性的性质。本实验利用电导仪测定不同浓度的十二烷基硫酸钠水溶液的电导值（或摩尔电导率），并作电导值（或摩尔电导率）与浓度的关系图，从图中的转折点即可求得临界胶束浓度。电导仪、电导电极、恒温水浴、容量瓶（1000）、氯化钾（分析纯）、十二烷基硫酸钠（分析纯）、电导水1．用电导水或重蒸馏水准确配制的标准溶液。．十二烷基硫酸钠．调节恒温水浴温度或其它合适温度。 ．用标准溶液标定电导池常数。十二烷基硫酸钠每个溶液的电导读数三次，取平均值。电导仪的使用方法（参见前，略）。 6．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。 k / μS·m-1 Ⅴ、数据处理 作出电导值（或摩尔电导率）与浓度的关系图，从图中转折点处找出临界胶束浓度。 文献值：40，CH3（CH2）11SO4Na的CMC为。 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、化学、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化学性质——表面性质（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，则表示这种表面活性剂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润湿、乳化、增溶、起泡等作用所需的浓度也越低。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。 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。这些方法，原则上都是从溶液的物理化学性质随浓度变化关系出发求得。其中表面张力法和电导法比较简便准确。表面张力法除了可求得CMC之外，还可以求出表面吸附等温线，此法还有一优点，就是无论对于高表面活性还是低表面活性的表面活性剂，其CMC的测定都具有相似的灵敏，此法不受无机盐的干扰，也适合于非离子表面活性剂；电导法是个经典方法，简便可。只限于离子性表面活性剂，此法对于有较高活性的表面活性剂准确性高，但过量无机盐存在会降低测定灵敏度，因配制溶液应该用电导水。 1．溶解的表面活性剂分子与胶束之间的平衡同温度和浓度有关，其关系式可表示为： 试问如何测出其热效应值？ 2．非离子型表面活性剂能否用本实验方法测定临界胶束浓度？为什么？若不能，则可用何种方法测定？ 1．《物理化学实验》（第二版）复旦大学等编，P183-186。 2．《物理化学实