表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定
发布时间:2020-05-26 11:35:45
发布时间:2020-05-26 11:35:45
表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定
一、实验目的及要求
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、设计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
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,在低浓度时呈分散状态,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与后,浓度在增加时,表面活性剂分子会自相缔合,即疏水的亲油集团相互靠拢,而亲水的极性基团与水接触,这样形成的缔合体称为胶束。以胶束形式存在于水中的表面活性物质就是比较稳定的。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(CMC)。在CMC附近由于溶液的结构改变导致其许多性质发生突变,这种现象就是测定CMC的实验依据,也就是表面活性剂的一个重要特征。所以测定CMC的方法有很多,比如表面张力法、电导法、折光指数法与染料增溶法等。
三、仪器与试剂
表面张力测定仪、电导率仪、超级恒温槽、十二烷基磺酸钠一系列浓度的溶液。
四、实验方法
4、1、 最大气泡压力法及原理
表面活性剂溶液的表面张力随浓度的变化在CMC处同样出现转折,本实验用最大气泡压力法测,这一方法就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,压力达到一定值时管端气泡破裂吹出,压力突然下降,根据Laplace方程,
大压力差△Pmax与液体表面张力σ及毛细管半径r有下述关系,△Pmax=2σ/r=kσ。
用同一根毛细管半径r值一定,△Pmax与σ成正比,所以已知水的表面张力,通过测定△Pmax水,可求出k=△Pmax/σ水,再测得不同浓度表面活性剂的水溶液的△Pmax,求得对应的σ,通过σ对表面活性剂的浓度c作图,由曲线的转折点来确定CMC值,或通过由四个低浓度点与四个高浓度点分别作σ-lgc直线,由两线的交叉点确定CMC、
4、1、1 实验数据及处理
表1、压力差于浓度的关系
序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
浓度(mol·L) | 0、002 | 0、004 | 0、006 | 0、008 | 0、01 | 0、012 | 0、014 | 0、016 |
△P(pa) | 535 | 485 | 465 | 456 | 426 | 443 | 460 | 466 |
539 | 479 | 465 | 454 | 427 | 444 | 459 | 463 | |
533 | 488 | 464 | 451 | 424 | 442 | 462 | 465 | |
△Pmax(pa) | 535、7 | 484 | 464、7 | 453、7 | 425、7 | 443 | 460、3 | 464、7 |
σ (N/m) | 61、07 | 55、18 | 52、97 | 52、14 | 48、96 | 50、95 | 52、94 | 53、44 |
lgc | -2、6989 | -2、3979 | -2、2218 | -2、0969 | -2、0000 | -1、9208 | -1、8538 | -1、7959 |
图1、
图2、
结论: 由表面张力对浓度作图,如图1,得出CMC值为0、00963,图2,得出两条直线交点值为CMC值0、01053,与理论值比较得误差分别为1、7%与7、4%。
4、2 电导法及其原理
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,K仍随着浓度增大而上升,但变化幅度减小,摩尔电导率也急剧下降,利用K-C曲线的转折点求CMC或利用摩尔电导率对浓度C作图,转折点即CMC值。
4、2、1 实验数据及处理
表2、电导率与浓度的关系
序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
浓度(mol·L) | 0、002 | 0、004 | 0、006 | 0、008 | 0、01 | 0、012 | 0、014 | 0、016 | 0、02 |
K(ms/cm) | 0、180 | 0、348 | 0、473 | 0、596 | 0、653 | 0、761 | 0、831 | 0、918 | 0、954 |
Λm (ms/cm·mol) | 90 | 87 | 78、8 | 74、5 | 65、3 | 63、4 | 59、4 | 57、4 | 47、7 |
图1、
图2、
结论:由电导率对浓度作图与摩尔电导率对浓度作图,得CMC值为0、00909,与理论值比较得误差为7、2%。
五、结果与讨论:
5、1 两种方法的比较:比较两种方法可知最大气泡压力法测得结果更明显,电导法测得结果虽不如最大气泡压力法,到也可明显瞧出转折位置,而且电导法操作简便,只要操作规范,人为误差较小,但与理论值比较最大气泡压力法更理想,且应就是表面张力对浓度作图。
5、2 实验注意事项:
(1)每次测定前毛细管应清洁干净,毛细管与测定管必须润洗,毛细管不能被气泡堵住也不可有污物,否则影响气泡冒出,毛细管端应与液面刚好相切。
(2)气泡要缓慢均匀冒出,否则造成△P变大带来误差。
(3)若溶液未测时气泡太多,可加一定量的消泡剂,切不可多加,否则影响表面张力。
(4)溶液浓度要配置准确,试管要干净、干燥,每次测量时擦干电极并用待测液润洗。
六、参考文献:
6、1 <<物理化学>>(第五版 南京大学化学化工学院,傅献彩 沈文霞 姚天扬 侯文华 编)
6、2文献值
25℃:CMC=0、0098mol·L
20℃:CMC=0、012mol·L
30℃:CMC=0、0087mol·L