十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度的测定(2种方法)

设计性实验

十二烷基硫酸钠表面活性剂的临界胶束浓度的测定

09023313 蔡海堤

前言

表面活性剂(surfactant)，是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。在水性体系中，极性基团是一些亲水基，非极性的则是憎水基或亲油基。在非水性体系中，极性基团是憎油基，非极性的为亲油基。表面活性剂按其化学结构分类，特别是极性基团包括：阴离子、阳离子、电中性粒子和非离子。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，使得它具有这些基本功能的表面活性剂相应地可用作润湿剂, 渗透剂、再润湿剂、发泡剂、稳泡剂、乳化剂、分散剂、增溶剂、洗涤剂、清洗剂等。由表面活性剂的基本性质和基本功能可以产生多种派生功能, 主要有以下一些柔软、平滑、匀染、缓染、抗静电、杀菌、防霉、防腐、防锈、缓蚀、消泡、破乳、凝聚、增稠、降粘、防水、防油、驱油、减水、加气、捕集、浮选、光亮、整平电镀、防结块、防结晶、增塑、抗氧化、催化、离子交换等。这些功能产生的主要原因是由于表面活性剂的界面吸附, 在界面上形成表而活性剂的分子膜, 使界面减摩、润滑, 或保护界面, 使不与其它分子如水、油、空气等接触, 有的则是由于离子性质, 不同电荷离子相互吸引, 同电荷离子相互排斤所产生, 有的原因还不清楚。具有这些派生功能的表面活性剂相应地可用作纺织柔软剂、匀染剂、抗静电剂、杀菌剂、防锈剂、消泡剂、破乳剂、增稠剂、防水剂、驱油剂、电镀添加剂、催化剂等。表面活性剂非民用应用领域十分广泛, 遍及各方面, 主要部门有工业清洗、金属工业、纺织印染、汗料、颜料、染料、造纸、皮革、塑料、橡胶、建筑、建材、化工、采矿、石油、医药、化妆品、食品、感光、农药、农业、微生物、环保、能源、分析化学、有机合成等[1]。

CMC测定的原理：凡能显著降低水的表面张力的物质都称为表面活性剂。当表面活性剂溶入极性很强的水中时，在低浓度是成分散状态，并且三三两两地把亲油集团靠拢而分散在水中，部分分子定向排列于液体表面，产生表面吸附现象。当溶液表面吸附达到饱和后，进一步增加浓度时，表面活性剂分子会立刻自相缔合，即疏水亲油的集团相互靠拢，而亲水的极性基团与水接触，这样形成的缔合体称为胶束。以胶束形式存在与水中的表面活性物质是比较稳定的，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（critical

micelle concentration,CMC）。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，光学性质等与浓度的关系曲线出现明显的转折，这种现象是测定CMC的实验依据，也是表面活性剂的一个重要特征。临界胶束浓度CMC可看作是表面活性剂对溶液的表面活性的一种量度。因为CMC越小，则表示此种表面活性剂形成胶束所需浓度越低，达到表面饱和吸附的浓度越低。临界胶束浓度还是使含有表面活性剂水溶液的性质发生显著变化的一个“分水岭”。体系的多种性质在CMC附近都会发生一个比较明显的变化。我们可以采用的方法有：

1．电导法。

2．表面张力法。

3．光散射法。

4．比色法（染料吸附法）：利用某些染料在水中和在胶束中的颜色有明显差别的性质，实验时先在大于CMC的表面活性剂溶液中，加入很少的染料，染料被加溶于胶束中，呈现某种颜色。然后用水滴定稀释此溶液，直至溶液颜色发生显著变化同，此时浓度即为CMC。5．浊度法：在小于CMC的稀表面活性剂溶液中，烃类物质的溶解度很小，而且基本上不随浓度而变，但当浓度超过CMC后，大量胶束形成，使不溶烃类物质溶于胶束中去，致使密度显著增加，表面活性剂有增溶作用。根据浊度的变化，可测出一种液体在表面活性剂中的浓度及CMC值。

本实验将采用电导法和染料滴定测定SDS的CMC。

仪器和药品

DDS—II A型电导率仪

恒温槽

容量瓶（25或50ml）

移液管（1ml,5ml各一个）

氯化钠（分析纯）

十二烷基硫酸钠（用乙醇2—3次重结晶提纯）

电导水

铂黑电导电极一支

带有磨口的锥形瓶(250ml) 11 只

50ml 酸式滴定管一支

罗丹明6G

实验方案

实验方法一：电导法测定SDS的CMC

原理：对于离子型表面活性剂，当溶液浓度很稀时，电导的变化规律与一般强电解质相似，表面活性剂完全解离为离子，随着温度上升，电导率近乎直线上升，但当溶液浓度达到临界胶束浓度时，随着胶束的形成，胶束定向移动速率减慢，K仍随着浓度增大而上升，但变化幅度变小，摩尔电导率也急剧下降，利用K-C曲线的转择点求CMC值[2]

实验步骤：1.十二烷基硫酸钠经80℃烘干3小时后, 用二次水准确配制浓度为0. 002、0. 004、0.008、0. 010、0. 012、0.014，0.016 ，0.02mol/ m³的十二烷基硫酸钠溶液100 ml

2. 开通电导率仪和恒温水浴的电源预热20min。

3.按浓度从稀到浓顺序, 用电导率仪分别测定水浴恒温25 ±0. 1 ℃时各溶液电导率值, 待恒温6~8min后读取数据。

4.实验数据记录及处理：

5.根据表格中的c , λ画出c — λ图，由图可以找出CMC 值

6. 注意事项：1）.电极和不同浓度的溶液都要在25度的恒温槽中恒温5分钟。2）.配制溶液时浓度要准确。3）.试管要干净，干燥。.

实验方法二：染料滴定法测定SDS 的CMC 值

原理：利用某些水溶性染料在水溶液中,随着表面活性剂浓度的增加,吸光光谱(或荧光)发 生改变,当到达CMC 时,则吸收光谱(或荧光)发生突变,染料滴定法就是利用此性质,测 定CMC 在相同浓度的染料溶液滴定染料和被侧表面活性剂(离子型)混合液直至染料的颜 (1) 色(或荧光)发生突变即为其终点。

实验步骤：1.取 0.020mol/L 表面活性剂溶液 5ml 与等体积的 0.01℅罗丹明 6G 溶液混合。

2.用 0.005℅罗丹明 6G 溶液滴定,如此使罗丹明 6G 的浓度维持不变

(0.005℅,即 0.000125) ,而表面活性剂溶液则不断被稀释,待绿红色

荧光转变为无荧光的红色,即为终点。

4.则可知CMC 为待测表面活性剂浓度和待测表面活性剂体积的乘积

参考文献：

[1] 徐燕莉 《表面活性剂的功能》 化学工业出版社 2000

[2]王小菊，袁艳玲，李雪梅，电导法测定表面活性剂溶液的临界胶束浓度[J].长春师院学报（自然科学版），1996,2：19～21

[3] 魏西莲等 用吸附伏安法测定十二烷基苯磺酸钠水溶液体系的临界胶束浓度化学试 剂, 1998, 20 (3) , 160～ 162