临界胶束浓度的测定

应化1002班 周伟10404600236 陈苏南10404600237 王达军10404600239

1实验摘要

进人水中的表面活性剂分子随着其碳氢链逐渐增长，它在水中达到一定浓度时，溶液表面张力不再下降。为了使整个溶液体系的能量趋于最低，在溶液内部的双亲分子会自动形成极性基向水碳氢链向内的合体，这种集合体称为胶束或胶团(Micelle)，形成胶束所需的最低浓度称为临界胶束浓度(Critical micelle concentrafion，CMC)。

由于表面活性剂溶液的许多物理化学性质随着胶束的形成而发生突变, 如在乳液聚合、石油开采、去污、消除电影胶片的斑点及生理过程等方面都有着重要的增溶作用, 且增溶作用的大小与表面活性剂的cmc有关, 影晌cmc值的各种因素必然也影响到增溶作用。因此, 测定cmc, 掌握影响cmc的因素, 对于深入研究表面活性剂的物理化学性质是至关重要的。测定cmc的方法很多, 常用的有表面张力法、电导法、染料法、增溶法、渗透压法等等本文采用电导法、粘度法、表面张力法及密度法侧定25℃下十二烷基硫酸钠（SDS）的cmc值。

本次实验使用的是最大泡压法测定表面活性剂临界胶束浓度

2 实验目的

1、用最大泡压法测定十六烷基氯代吡啶水溶液的表面张力，求得它的临界胶束浓度

2、熟悉表面特性测量的常用物理化学研究方法

3 实验原理

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。侧定液体表面张力的方法很多,本实验用最大气泡压力法。这一方法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、压力大到一定值时管端气泡破裂吹出, 压力突然下降。根据Laplace方程, 最大压力差△P与液体表面张力r及毛细管半径R有下述关系△P=2r/R。用同一根毛细管, 毛细管半径R值一定,△P与r成正比, 所以以最大压力(△P)对表面活性剂浓度的自然对数(㏑

C)作图, 由曲线的转折点来确定cmc值。

本实验的关键在于：①毛细管末端要洁净, 若沾有污物将影响出气泡。实验前首先应洗净毛细管和锥形瓶, 通常先用温热的洗液洗, 再分别用自来水及蒸馏水冲洗2~3次。每次侧量前, 必须用新的溶液洗涤毛细管的内壁及锥形瓶2~3次。②使气泡缓慢均匀地形成, 若气泡出得过快或气泡出现不均, 将造成△P变大而带来误差。

当浓度增加到足够多，溶液的表面被表面活性分子定向排列布满 (见图D12-1中B),如果再继续增加表面活性物质的浓度，表面活性物质分子能“挤入”表面的数量很小，留在溶液内部的表面活性物质分子以几十、几百个地聚焦在一起，排列成憎水基向里，亲水基团朝外的胶团(也称胶束)，表面活性剂形成胶团(或胶束)的最小浓度叫做临界胶束浓度，以C．M．C. (即：Critical Micelle Concentration)表示。临界胶束浓度即图中B点，过了B点，继续增加浓度，表面相浓度变化很小，故表面张力下降很慢，如图中C。实际情况因杂质影响，常在临界胶束浓度附近出现一极小点。

Rr

时间

图D12-1表面活性剂溶液表面张力与浓度关系 图D12-2 最大泡压法原理

测定溶液的表面张力方法很多，本实验采用最大泡压法．和液面接触的毛细管鼓出空气泡时，需要高于外界大气压力的附加压力，以克服表面张力。根据Laplace公式

P(r111r2)

r1和r2是气液界面的二个主曲率半径，当气泡是球形时r1＝r2＝R(R为球半径)，为表面张力，ΔP为附加压力。只要毛细管很细，气泡曲面可看成是球形的。当气泡刚生成时，曲面几乎是平的，R最大，ΔP最小。随着气泡长大，R变小，ΔP增大，当R等于毛细管半径时(此时气泡成半球状)，ΔP最大，气泡继续长大，即R又变大，直至气泡逸出(图D12-2) 。

当R＝r时，Pmax＝2/r，可从U形压力计或数字压力计上读出，实际测量时，使毛细管刚与液面接触，从而忽略鼓泡所需克服的液体静压力。Pmax可直接用Pmax =gh进行计算．当用密度为的液体作U形压力计介质时，测得与Pmax相应的最大压差为hmax ,则

r2r2Pmaxr2ghmaxKhmax

式中Kg (g为重力加速度)，称为仪器常数。

在实验中可使用已知表面张力的物质(本实验中用纯水)来标定K的值，知道K以后待测

溶液由实验获得hmax，可求得。

4实验仪器

表面张力测定仪1套，数字式微压差计1台，超级恒温槽1台，250ml滴液漏斗1个，100ml锥形瓶8个，蒸馏水，BSD－A导电仪，光亮的铂电极，恒温水箱，大试管（100ml）12支，电导水，十二烷基硫酸钠溶液

5实验步骤

1.实验前用新配制洗液把毛细管浸泡，然后分别用自来水和蒸馏水洗涤干净，再用蒸馏水煮后备用。

图D12-3最大泡压法测表面张力

2.洗净试管，用蒸馏水淌洗后，再加蒸馏水，调节毛细管高度，使毛细管刚接触液面，如图D12-3接好仪器(不能漏气)。试管按装在恒温槽中。

3.调节恒温槽中温度为25℃±0.l℃（夏天为30℃±0.l℃）。打开数字压力计的电源，单位调节在“mmH2O”，采零备用。方法参见“饱和蒸气压测定”实验。

4．缓缓打开滴液漏斗旋塞滴液，使气泡尽可能缓慢而且均匀地鼓出，约5-10s一个气泡待数字压力计读数稳定后，读取数字压力机最大示数Δhmax，读数三次，取平均值。求出仪器常数K。

5.依次从稀到浓的被测溶液测定表面张力，方法和4相同。每次更换溶液不必洗涤试管和毛细管，只需倒掉原溶液后用待测新溶液少许淌洗试管两次即可，注意测表面活性剂溶液时，溶液要沿管壁慢慢加入，防止大量起泡。测定时也应放掉十几个气泡后，才读出最大压差，不能让泡沫在液面上过多堆积影响溶液浓度和形成静压差。

6.实验结束后，用蒸馏水洗净仪器，试管中加入蒸馏水，并将毛细管浸入水中保存。

6 实验数据记录及处理

（1）由σ水=k×Δp水，Δp水=715.67pa，σ水=71.18×10N/m可解得 k=σ

-3

-5

-3

水

/Δp水=71.18×10/715.67=9.946×10，再由σ=k×Δp求得各σ值。数值如下

表所示：

表1 25℃时不同浓度SDS水溶液的表面张力

序号 浓度 lgc 1 2 3 0.008 4 0.01 -2 △P/Pa 平均值 σ*10-3 5 0.012 -1.921 4 6 0.014 -1.856 7 0.016 -1.790.002 0.004 -2.699 -2.398 -2.097 （2）由σ值作σ-C图，如下所示：

（3）作σ-lgc图如下所示：

7 实验注意事项:

（1）仪器系统应有良好的气密性；

（2）分液漏斗中，水的流速每次应保持一致并且注意流速适中，应使气泡有间断的分开逸出，读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时的压力差；

（3）所用毛细管必须干净，干燥，应保持垂直，管口要和液面相切。