设计性实验十六烷基三甲基溴化铵表面活性剂临界胶束浓度

设计性实验报告

实验名称十六烷基三甲基溴化铵阳离子表面活性剂的临界胶束浓度的测定及温度、盐的加入量影响因素

的分析

实验报告人高亭亭学号09021201 班级090212

同组人敖文君

实验日期2011 年4 月24 日

室温23.9℃大气压101.02Kpa

指导老师

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一、前言：

凡能显著改变表面（或界面）性质的物质都称为表面活性剂[1]。这一类分子既含有亲油的足够长的（大于10个碳原子）烷基，又含有亲水的极性基团（离子化的），如肥皂和各种洗涤剂等。

表面活性剂分子都是由极性和非极性两部分组成，可分为三类：

（1）阴离子型表面活性剂如羧酸盐、烷基硫酸盐、烷基磺酸盐等。

（2）阳离子型表面活性剂主要是铵盐，如十二烷基二甲酸叔铵。

（3）非离子型表面活性剂如聚氧乙烯类[1]。

表面活性剂由于具有润湿或抗粘、乳化或破乳、起泡或消泡以及增溶、分散、洗涤、防腐、抗静电等一系列物理化学作用及相应的实际应用，成为一类灵活多样、用途广泛的精细化工产品。表面活性剂除了在日常生活中作为洗涤剂，其他应用几乎可以覆盖所有的精细化工领域。

在溶液内部形成胶束(Micelle) 是表面活性剂一个重要的性质[2]。胶束的形成是发生胶束增溶作用的前提条件，而临界胶束浓度(CMC) 则是表面活性剂在水中形成胶束的标志之一。临界胶束浓度( C r i t ic a l Mi c e l l C o n c e n t r a t i on 简称C M C ) 是表面活性剂形成胶束( 胶团)的最低浓度. C M C 是表面活性剂与溶液性剂的重要分界线, 由于表面活性剂溶液的一些物理

及化学性质, 如表面张力, 摩尔电导率, 渗透压、浊度、光学性质等在临界胶束浓度时都有显著的变化, 所以通过测定发生这些显著变化时的转变点,就可以得知CMC[3]。

测定表面活性剂的临界胶束浓度的实验原理：

电导法

十六烷基三甲基溴化铵（CTAB ）作为一种阳离子表面活性剂,它们在稀溶液中能电离,分别以正、负离子的形式存在,其稀溶液的性质与正常的强电解质溶液相似,溶液的电导率随浓度的上升而增加。离子型表面活性剂的导电性质在CMC 前后有很大不同。在CMC 之前,离子型表面活性剂分子以单个分子导电,浓度增加,电导率成正比的增大;在CMC 之后,溶液中单体浓度达到饱和,表面活性剂分子开始形成胶束,以单体分子和胶束聚集体的形式导电,增加浓度,单体分子数目不再增加,只增加胶束的浓度。由于胶束是由十几或几十个带电离子的单体构成的大聚集体,带有很高的电荷,由于静电引力的作用,胶束表面的Stern 层[3 ]及扩散层吸附了大量的反离子,这就相当于一部分正负电荷相互抵消,因而其导电性能反

而不如单体离子,在CMC之后,增加表面活性剂浓度,电导率的增大率大大减少。在浓度—电导率（k~c）图上表现为CMC 前后直线斜率的变化,两条不同斜率的直线的交点所对应的浓度即CMC。

对于一般的电解质溶液，其导电能力由电导G，即电阻的倒数（1/R）来衡量。G=1/R=ka/l 式中k为a=1m2、l=1m时的电导，称为电导率：l/a称为电导池常数。电导率K与摩尔电导率∧m有下列关系：∧m=k/c 式中，∧m为1mol电解质溶液的导电能力，c为电解质溶液的摩尔浓度。∧m随电解质浓度而变，对强电解质的稀溶液，有∧m=∧m∞-A√c,式中∧m∞为浓度无限稀释时的摩尔电导，A为一常数[4]。

二、仪器和药品

仪器：电导率仪一台（DDS-307型电导率仪，雷磁牌，上海精密科学仪器有限公司）；电导池电极一支（DDS-307型电导率仪，雷磁牌，上海精密科学仪器有限公司）；恒温槽一个（SYC-15B超级恒温水浴槽，南京桑力电子设备厂）；电子天平一台； 150ml烧杯1个； 100ml容量瓶1支；1L容量瓶一支； 10ml移液管各1个。

药品：十六烷基三甲基溴化铵18.2225g，AR；氯化钠100g，AR；蒸馏水。

三、实验方案

注：M CTAB=364.45 其CMC的理论值为 9.11 ×10- 4 mol•L- 1 4

一．电导法测定CMC [5]

1.配制母液（浓度为0.05 mol•L– 1）

准确称取十六烷基三甲基溴化铵18.2225g，在150ml小烧杯中加入20ml蒸馏水溶解，转入1L容量瓶中，再用少许蒸馏水洗涤烧杯三次，洗涤液也转入容量瓶中。初步摇匀，再加蒸馏水至刻度，摇匀。

2.测定不同浓度表面活性剂的电导率

（1）调节恒温槽温度为25℃，在150ml小烧杯中准确加入20ml蒸馏水，插入电导率电极，保温10分钟，然后测定水的电导率。

（2）用移液管准确加入4ml已恒温的十六烷基三甲基溴化铵溶液于100ml容量瓶中，然后加入蒸馏水至刻度线。静置三分钟，插入电导率仪电极，测定该溶液的电导率，每个浓度测两次，取其平均值。

（3）采用同样的方法，依次加入已恒温的十六烷基三甲基溴化铵溶液3ml、2.4 ml 、2ml、1.6ml、1ml、0.5ml。分别测定20×10- 4mol•L –1、15×10- 4mol•L –1、12×10 - 4mol•L – 1、10×10 - 4mol•L – 1、8×10 - 4mol•L – 1、5×10 - 4 mol•L – 1、2.5×10 - 4 mol•L – 1系列浓度十六烷基三甲基溴化铵溶液的电导率。

3. 数据记录及处理

K水=17.31 us/cm

注：k溶液=k测得值——k水

（2）以k~c作图即可求出CMC

综合之后的实验数据得到25℃时CTAB溶液的CMC值为9.18×10 - 4mol·L – 1，而理论值为9.11 ×10- 4 mol•L– 1，相对误差为0.07%

注：

本实验以电导率对浓度作图，电导率测得值与真实值的差值为水的电导率，此值是一个常数，因此本实验也可以电导率的测得值与浓度作图，只是折线会在以电导率真实值为坐标轴的图上上移若干个单位，但是两个方法作图的拐点不会变，因此对实验没有影响。