电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度

实验十七电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度

一、目的要求

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

二、基本原理

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1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。

表面活性剂成为溶液中的稳定分子可

能采取的两种途径：1、是把亲水基留在水中，亲油基伸向油相或空气；2、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。

在溶液中对电导有贡献的主要是带长链烷基的表面活性剂离子和相应的反离子，而胶束的贡献则极为微小。从离子贡献大小来考虑，反离子大于表面活性剂离子。当溶液浓度达CMC时，由于表面活性剂离子缔合成胶束，反离子固定于胶束的表面，它们对电导的贡献

明显下降，同时由于胶束的电荷被反离子部分中和，这种电荷量小，体积大的胶束对电导的贡献非常小，所以电导急剧下降。

对于离子型表面活性剂溶液，当溶液浓度很稀时，电导的变化规律也和强电解质一样；但当溶液浓度达到临界胶束浓度时，随着胶束的生成，电导率发生改变，摩尔电导急剧下降，这就是电导法测定CMC的依据。

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。

三、实验步骤

1．调节恒温水浴温度至25℃

2．吸取10ml的0.02 mol·dm-3十二烷基硫酸钠溶液于100ml烧杯中，依次移入恒温后的电导水2ml、3ml、5ml、5ml、5ml、5ml、10ml、10ml、10ml、20ml，搅拌，分别测其电导率。每个溶液的电导读数三次，取平均值。

3．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。

四、数据记录与处理

表一：环境条件

表二：实验数据记录

T=25℃

c / mol ·dm-3

0.02 0.0167

0.0133 0.01 0.008

0.0067 0.0057 0.0044 0.0036 0.0032 0.0024 K 1 / μS ·m -1

920 830 710 600 540 470 420 340 282 241 190 K 2 / μS ·m -1

920 820 720 600 530 470 420 340 282 241 190 K 3 / μS ·m -1

920 830 710 610 530 470 420 340 282 241 190 K 平均 / μS ·m -1

920

827

713

603

533

470

420

340

282

241

190

由上表作出电导值（或摩尔电导率）与浓度的关系图如下:

y = 59943x + 65.301y = 32451x + 277.87

0100200300400500600

700800900100000.005

0.010.015

0.020.025

c/(mol/dm3)

k /(μS /m )

系列1系列2

线性 (系列2)线性 (系列1)线性 (系列1)线性 (系列2)

由图可知，两条折线相交点 32451x + 27787 = 59943x + 65.301 解得：x=7.73×10-3

mol ·dm -3

即CH 3（CH 2）11SO 4Na 的CMC 为：7.73×10-3 mol ·dm -3

误差分析：

1、在实验过程中，恒温水浴的温度出现波动。

2、量取的十二烷基硫酸钠溶液和电导水的体积不够精确，将他们混合搅拌不够均匀造成误差。

五、思考题

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？

答：准确配置所需要的溶液，求出各个浓度时的电导值，作出电导值（或摩尔电导率）与浓度的折线图求出转折点处临界胶束浓度，即CMC的值，根据溶解的表面活性剂分子与胶束之间的平衡同温度和浓度关系式

即可求出其热效应值△H。

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？

答：表面张力既可用于离子型表面活性剂的测定，也可用于非离子型表面活性剂的测定；而电导法只适用于离子型表面活性剂的测定。