表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定及温度对其的影响

设计实验：表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定

一．实验目的

1.了解表面活性剂溶液临界胶束浓度（CMC）的定义及常用的测定方法。

2.设计两种实验方法测定表面活性剂溶液的CMC。

3.探究不同因素对CMC的影响。

二. 实验原理

表面活性剂分子在溶剂中缔合形成胶束的最低浓度即为临界胶束浓度（critical micelle concentration CMC）表面活性剂的表面活性源于其分子的两亲结构，亲水基团使分子有进入水中的趋势，而憎水基团则竭力阻止其在水中溶解而从水的内部向外迁移，有逃逸水相的倾向。这两种倾向平衡的结果使表面活性剂在水表富集，亲水基伸向水中，憎水基伸向空气，其结果是水表面好像被一层非极性的碳氢链所覆盖，从而导致水的表面张力下降。

表面活性剂在界面富集吸附一般的单分子层，当表面吸附达到饱和时，表面活性剂分子不能在表面继续富集，而憎水基的疏水作用仍竭力促使基分子逃离水环境，于是表面活性剂分子则在溶液内部自聚，即疏水基聚集在一起形成内核，亲水基朝外与水接触形成外壳，组成最简单的胶团。而开始形成胶团时的表面活性剂的浓度称之为临界胶束浓度，简称CMC。

当溶液达到临界胶束浓度时，溶液的表面张力降至最低值，此时再提高表面活性剂浓度，溶液表面张力不再降低而是大量形成胶团，此时溶液的表面张力就是该表面活性剂能达到的最小表面张力，用CMC表示。

表面活性剂分子浓度增加, 其结构会从单分子转变为球状、棒状和层状胶束. 通常认为形成球形胶束时的浓度为第一临界胶束浓度(CMC), 球形胶束

转变为棒状胶束时的浓度为第二临界胶束浓度. 在达到第一CMC的狭窄范围内, 表面活性剂的许多物理化学性质都会发生变化, 如表面张力、密度、折射率、粘度、渗透压和光散射强度等。

临界胶束浓度的测定法

(1) 电导法电导法是测定表面活性剂各种浓度溶液的电导，算出其电导率或当量电导，然后作电导率或当量电导对浓度的关系曲线，对应曲线上转折点的浓度即为该表面活性剂溶液的临界胶束浓度。

(2) 表面张力法表面活性剂水溶液的浓度低于临界胶束浓度时，随溶液浓度增高，表面张力急剧下降，达到临界胶束浓度后再增高浓度，表面张力几乎不再改变或改变甚小，利用这种性质可测定临界胶束浓度。测定表面活性剂不同浓度水溶液的表面张力，作浓度或浓度对数与表面张力的关系图，曲线上转折点相应的浓度即为临界胶束浓度

(3) 染料法在临界胶束浓度的前后，表面活性剂离子使带反电荷的染料离子颜

色发生明显改变。表面活性剂水溶液的浓度低于临界束浓度时，溶液几乎无

荧光，浓度高于临界胶束浓度时会发出强荧光，根据荧光强度的变化可确定

临界胶束浓度。

(4) 光散法表面活性剂分子(或离子)在溶液内缔合形成胶束时，溶液对光散射

增强，作浓度与光散射的曲线，由转折点可求出临界胶束浓度。

影响临界胶束浓度的因素

(1) 反电离子对临界胶束浓度的影响, 在表面活性剂溶液中添加盐，使临界胶

束浓度下降。在实际应用中通常都要向表面活性剂水溶液中添加盐，因此必

须了解盐对临界胶束浓度的影响。添加盐能促进表面活性剂形成胶束，使临

界胶束浓度减小。显然这是因为反电离子吸附于胶束中的表面活性剂的极性

基团上，从而使同电荷极性基团之间排斥力减小，易于形成胶束导致的。

(2) 醇对临界胶束浓度的影响. 醇对表面活性剂临界胶束浓度的影响较复杂，

但一般地说随醇加入量增大而减小，其减小的程度与醇的结构有关，对于脂

肪醇来说，其减小表面活性剂临界胶束浓度的能力随碳氢链增加而增大。这

可做如下解释：醇分子能穿入胶束形成混合胶束，减小表面活性剂离子间排

斥力，同时由于醇分子的加入使体系的熵值增大，所以胶束易于形成和增大，

使临界胶束浓度降低。

(3)温度对临界胶束浓度的影响离子型表面活性剂受温度影响较小，非离子型表面

活性剂随温度上升CMC下降。

三.实验仪器及试剂

移液管5ml 10ml 25ml各一支，超级恒温槽 1 台，1000mL 烧杯 2个。100ml小烧杯2

个，洗耳球2个，100ml容量瓶5个，蒸馏水DDS-11A型电导率仪、JK99B型全自动表面

张力仪。

阳离子型：十二烷基三甲基溴化铵

四.实验内容

1.溶液的配置

配制0.03 M 1000 ml十二烷基三甲基溴化铵溶液，电子天平准确称取9.2502g在烧杯中溶解，1000ml容量瓶中定容

分别移取母液10.0、20.0、30.0、35.0、40.0、45.0、50.0、60.0、70.0、80.0、90.0、100.0ml于12个100ml容量瓶中，用去离子水定容，准确配制0.003，0.006，0.009，0.0105，0.012，0.0135，0.015，0.018，0.021，0.024，0.027，0.030 mol·L-1的溶液各100 ml。由稀到浓依次编号为1-12。

(3).实验数据的处理

表：30度下DTAB的CMC的测定

表：40度下DTAB的CMC的测定

3.电导率法测定CMC

（1）实验原理:

表面活性剂溶液的许多物理化学性质随着胶团的出现而发生突变，而只有溶液浓度稍高于CMC时，才能充分发挥表面活性剂的作用，所以CMC是表面活性剂的一种重要量度。形成胶束后的表面活性剂溶液，由于溶液结构的变化导致溶液的一系列的物理化学性质发生变化．在表面活性剂溶液的性质与浓度的关系曲线上，位于临界胶束浓度处出现转折点．这是测定临界胶束浓度的实验依据．对于一般电解质溶液,其导电能力由电导率L,即电阻的例

数(1/R)来衡量.若所用电导管电极面积为A,电极间距为l,用此管测定电解质溶液电导,则式中κ是A=1m2:,l=1m时的电导,称作比电导或电导率,其单位为Ω-1m-1;l/k称作电导池常数.电导率k和摩尔电导λm有下列关系:λm=k/c λm为1mol电解质溶液的导电能力,c为电解质溶液的摩尔浓度.

对强电解质的稀溶液λm随电解质浓度而变,本实验采用电导法测定表面活性剂十二烷基硫酸钠的电导率来确定CMC值。它是利用离子型表面活性剂水溶液的电导率随浓度的变化关系，作κ-c曲线或Λm-c1/2曲线，由曲线的转折点求出CMC值。

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.

（2）实验步骤：

1、（1）打开电导率仪开关前，观察表针是否指零，预热1若不指零，可调节表头的螺丝，使表针指零。

（2）插好电源后，再打开电源开关，此时指示灯亮。预热5分钟，校正－测量换向开关调向校正，调节校正旋钮使仪器指针指向满刻度。

（3）根据待测电导率的大致范围选用低周或高周。

（4）将量程选择开关拨到测量所需范围。如预先不知道被测溶液电导率的大小，则有最大挡逐档下降将至合适范围。使显示数与所使用电极的常数标称值一致。例如，电极常数为0.85，调“常数”钮使显示850。

2．于50mL容量瓶中分别配制0.003，0.006，0.009，0.0105，0.012，0.0135，0.015，0.018，0.021，0.024，0.027，0.030 mol·L-1的溶液。