实验6__表面活性剂CMC值的测定——电导法

实验6 表面活性剂CMC值的测定——电导法
一、实验目的：
1、学习并掌握表面活性剂CMC值的电导测定方法；
2、了解表面活性剂的性质与应用；
3、学习电导法测定十二烷基硫酸钠的cmc，了解表面活性剂的特性及胶束形成原理；
4、掌握DDS-11A型电导率仪和恒温槽的使用方法。

二、实验原理：
具有明显“两亲”性质的分子，既含有亲油的足够长的烃基，又含有亲水的极性基团。

由这一类分子组成的物质称为表面活性剂，见图1(a)。

表面活性剂为了使自己成为溶液中的稳定分子，有可能采取的两种途径：一是当它们以低浓度存在于某一体系中时，可被吸附在该体系的表面上，采取极性基团向着水，非极性基团脱离水的表面定向，形成定向排列的单分子膜，从而使表面自由能明显降低，见图1(c)；二是在表面活性剂溶液中，当溶液浓度增大到一定值时，表面活性剂离子或分子不但在表面聚集而形成单分子层，而且在溶液本体内部也三三两两的以憎水基相互靠拢，聚在一起形成胶束。

胶束可以成球状、棒状或层状。

形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度（Critical Micelle Concentration, CMC），如图1(b)。

CMC是表面活性剂的一种重要量度，CMC越小，则表示这种表面活性剂形成胶束所需浓度越低，达到表面（界面）饱和吸附的浓度越低，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。

比如图2的洗涤去污过程。

目前表面活性剂广泛用于石油、纺织、农药、采矿、食品、民用洗涤等各个领域，具有润湿、乳化、洗涤、发泡等重要作用。

由于溶液的结构发生改变，表面活性剂溶液的许多物理化学性质(如表面张力,电导.渗透压,浊度,光学性质等)都会随着胶团的出现而发生突变，原则上，这些物理化学性质随浓度的变化都可以用于测定CMC ，常用的方法有表面张力法、电导法、染料法等。

本实验采用电导法来测定表面活性剂的CMC 值。

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。

对于浓度低于cmc 的表面活性剂稀溶液，电导率的变化规律与强电解质一样，摩尔电导率λｍ与ｃ、电导率κ与ｃ均成线性关系。

当溶液浓度达CMC 时，随着溶液中表面活性剂浓度的增加，单体的浓度不再变化，增加的是胶束的个数，由于对电导贡献大的反离子固定于胶束的表面，它们对电导的贡献明显下降，电导率随溶液浓度增加的趋势将会变缓，这就是确定CMC 的依据。

因此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，由曲线的转折点求出CMC 值。

三、仪器与试剂：
0.1mol/L 十二烷基硫酸钠溶液； 0.0100mol/LKCl 标准溶液；50ml 容量瓶11；50mL 烧杯一个；移液管 (0.5ml 一支)； 电导率仪一台，恒温槽一台。

四、实验步骤：
1、打开电导率仪开关，预热15min ，用KCl 标准溶液校正电极常数。

2、调节恒温槽温度为25度。

3、分别移取0.50、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0ml 的0.1mol/L 的十二烷基硫酸钠溶液，定容到
50mL。

配制成浓度为1.0×10-3、2.0×10-3、4.0×10-3、6.0×10-3、8.0×10-3、1.0×10-2、1.2×10-2、1.4×10-2、1.6×10-2、1.8×10-2、2.0×10-2mol/L的待测溶液。

4、用DDS-11A型电导仪从稀到浓分别测定上述各溶液的电导值。

用后一个溶液荡洗前一个溶液的电导池三次以上，各溶液测定时必须恒温10分秒钟，每个溶液的电导读数三次，取平均值。

五、实验注意事项：
1、清洗电导电极时，两个铂片不能有机械摩擦，可用电导水淋洗，后将其竖直，用滤纸轻吸，
将水吸净，并且不能使滤纸沾洗内部铂片。

2、注意电导率仪应有低到高的浓度顺序测量样品的电导率。

3、电极在冲洗后必须擦干或用待测液润洗电极，电极在使用过程中其极片必须完全浸入到所测
的溶液中。

六、数据记录及处理：
1、记录试验温度下不同溶液的电导率值。

2、作出电导率对浓度图，得到两条直线的交点。

3、查文献值，计算试验误差。

七、思考讨论题
1、若要知道所测得的临界胶束浓度是否准确，可用什么实验方法验证之？
2、非离子型表面活性剂能否用电导方法测定临界胶束浓度？若不能，则可用何种方法测之？
3、试说出电导法测定临界胶束浓度的原理。

4、实验中影响临界胶束浓度的因素有哪些？
5、改变恒温槽温度可以得到不同温度下表面活性剂的cmc，通过不同温度下表面活性剂的cmc可以得到那些热力学函数，怎样得到？
参考文献
1东北师范大学等物理化学实验北京:高等教育出版社,1989:241～243
2段世铎,谭逸玲界面化学北京:高等教育出版社,1990:225
小知识点：
1、十二烷基硫酸钠，SDS，英文为sodium dodecyl sulphate，分子式为C12H25SO4Na，是一种产量和用量都很大的阴离子型表面活性剂，又很好的乳化和起泡性能。

能查到的理论cmc，25℃为8.2×10-3mol/L，40℃为8.7×10-3 mol/L；影响表面活性剂的cmc的内在因素是表面活
性剂的化学结构，温度、外加无机盐、有机添加剂或者另一种表面活性剂的加入也会影响表面活性剂的cmc，具体可以参考赵国玺的《表面活性剂物理化学》。

2、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，化工，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溶液化学性质（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形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到润湿，乳化，增溶和起泡等作用所需的浓度越低，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。

3、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，原理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，此外还有一优点，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度，此法不受无机盐的干扰，也适合非离子表面活性剂，电导法是经典方法，简便可靠。

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，因此配制溶液应该用电导水。

数据记录：
1、指导思想
表面活性剂临界胶束浓度（CMC）以及临界胶束浓度（CMC）与温度的关系表征是表面活性剂研究的重要内容，同时也是洗涤剂、洗发香波等许多精细化学产品配方设计的基础和前提。

在表面活性剂水溶液体系中，当表面活性剂浓度增加时，表面活性剂由分子状态向形成胶团过渡，这种过渡必然导致体系一系列物理化学性质发生改变，如电导、表面张力、光散射强度、粘度、吸光度、最大吸收峰波长等在临界胶束浓度（CMC）处发生突变，跟踪这些突变就可以表征表面活性剂的聚集行为。

本实验跟踪阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠（SDS）水溶液摩尔电导的变化测定SDS的临界胶束浓度（CMC），进而研究临界胶束浓度（CMC）与温度的关系。

2、实验目的和要求
（1）本实验的目的就是利用摩尔电导法测定SDS的临界胶束浓度（CMC）；研究临界胶束浓度（CMC）与温度的关系；学生自主扩展研究包括：临界胶束浓度（CMC）与其它影响因素的关系，如加溶物浓度等；电导与临界胶束浓度（CMC）的关系等。

（2）查阅文献不少于5篇，至少有一篇外文文献。

（3）写一篇综合实验研究报告。

3、涉及的内容或知识点
（1）SDS水溶液电导测量方法；配置一系列不同浓度的SDS水溶液，测量其电导。

（2）SDS摩尔电导的计算。

（3）以λ对SDS浓度c作图；
（4）对图形进行分段拟合，得到各实验条件下SDS的CMC。

4、采用的教学方法和手段
（1）多媒体教学；
（2）自主查阅文献，检查文献阅读与消化情况；
（3）指导学生拟定实验研究计划；
（4）独立准备并完成实验；
（5）独立处理数据；
（6）学生必须提出自己的看法和观点。