实验四电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度与表面活性相关性的研究.doc

实验四. 电导法测定水溶性表面活性剂的临界胶束浓度
与表面活性相关性的研究
一、实验目的：
1.学会用电导法测定表面活性剂的临界胶束浓度；
3.理解电导法测定表面活性剂的临界胶束浓度的原理；
2.了解无机盐和有机添加物对表面活性剂临界胶束浓度的影响。
二、实验原理：
表面活性剂是那些具有两亲结构，可明显减少体系的表面(或界面)张力，使体系产生润湿、乳化、分散、气泡、增溶等一系列作用的物质。在表面活性剂溶液中，当表面活性剂浓度增大到一定值时，表面活性剂离子或分子将发生缔合，形成胶束(或称胶团)。表面活性剂溶液形成胶束的浓度称为表面活性剂的临界胶束浓度(Critical Micelle Concentration),简称CMC。由于表面活性剂的某些物理化学性质随着胶束的形成而发现突变(如图1)

图1 表面活性剂溶液的一些性质与浓度的关系
故将CMC看作表面活性剂的一个重要特性，它是表面活性剂表面活性大小的一个度量。CMC越小，则表达这种表面活性剂形成胶束所需浓度越低，达成表面(或界面)饱和吸附的浓度越低，因而改变表面性质起润湿、乳化、分散、气泡、增溶等作用所需浓度就越大，而表面活性剂的表面活性就越大。
测定CMC的方法很多，而电导法是测量离子型表面活性剂CMC值的较为经典的方法。
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。若用电极面积为A，电极间距为L的电导管测定电解质溶液电导时，则有
G=1/R=κ(A/L) (1)
式中κ是指长1m,截面积为1m2的导体的电导，称作比电导或电导率，单位为S·m-1,L/A称作电镀池常数，电导率κ和摩尔电导Λm有如下关系：
Λm=κ/c (2)
Λm为1mol电解质溶液的导电能力，称为摩尔电导率，c为电解质溶液的摩尔浓度，Λm随电解质溶液浓度而变。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同样，但当溶液的浓度达成临界胶束浓度时，随着胶束的形成，带相反电荷的离子被强烈地吸附在胶团表面上，它们的部分电荷被中和，电导率发生变化，摩尔电导急剧下降，这就是电导法测定CMC的依据。
三、实验仪器和实验试剂：电导率仪，电导电极，容量瓶(100mL)，锥形瓶(10个)，移液管
十二烷基磺酸钠(2x10-3),氯化钠，正丁醇，电导水,恒温水浴

图2 DDS—11A型电导率仪面板图
如图2所示，使用时按以下环节操作：
1．打开电源开关之前，观测表针是否指零，如未指零，可调整表头上的螺丝，使指针指零。
2．接好电源线，将电极引线插头插入插口，旋紧固定螺丝，并将电导池插入待测液。
3．将校正、测量开关K3扳向“校正”位置，打开电源开关并预热数分钟(待指针完全稳定下来为止)。
4．当被测液电导率低于300µS·cm—1时，将K2扳向“低周”。而当被测液电导率在300µS·cm—1—105限S·cm-1之间时将K2扳向“高周”
5．将量程选择开关调到所需要的测量范围，如预先不知被测电导率的大小，应先将量程选择开关扳到最大测量档，然后在测量时再逐档下降至合适位置，以防表针打弯。
6．根据所用电极的电极常数，将电极常数调节旋钮调至相应数值处。
7．旋转校正调节器旋钮使表针指示满度。
8．将K1扳向“测量”位置，此时指示电表读数乘以量程选择开关的倍率即为被测溶液的实际电导率。
9．电极的使用
在使用电极时，用电极夹夹紧电极的胶木帽并通过电极夹把电极固定在电极杆上，并注意按以下几点操作：
(1)当被测溶液的电导率低于10µS·cm—1时，使用DJ5—1型光亮电极。
(2)当被测液的电导率的10—l04µS·cm—1范围内时，使用DJS—1型铂黑电极。
(3)当被测液的电导率大于1x104µS·cm—1时，用DJS—l型电极测不出液体的电导率。此时选用DJS—10型铂黑电极，按电极常数值的太调节电极常数调节旋钮，测得读数乘以10即得被测溶液的电导率。
四、实验环节：
(1) 开通恒温水浴和电导率仪的电源预热20min，设定恒温水浴的温度为35℃或其他合适的温度。
(2) 用移液管移取浓度为2x10-3的十二烷基磺酸钠和水到10个锥形瓶中，配制以下浓度的十二烷基磺酸钠溶液，如下表
编号
浓度
十二烷基磺酸钠的体积/mL
电导水/mL
1
0.002
5
45
2
0.004
10
40
3
0.006
15
35
4
0.008
20
30
5
0.010
25
25
6
0.012
30
20
7
0.014
35
15
8
0.016
40
10
9
0.018
45
5
10
0.020
50
0
并把这10个配制好的溶液放到恒温水浴中预热至少10min。
(3) 把电极放到电导水中，调节电池常数档，使电池常数与实际的常数相同，调节将K2扳向“高周”并调节量程K5至103的红线档。
(4) 将校正、测量开关K3扳向“校正”位置,调节校正档K4至指针指到最大值，将K3扳向“测量”，此时电导水的电导率为0。
(5) 测量以上10种溶液的电导率值，每测量一次，用待测溶液校正一次。记下测量值。
(6) 用电导水配制氯化钠浓度为0.02mol·L-1的溶液100mL,取相同体积的氯化钠溶液(5mL)分别加入十二烷基磺酸钠溶液(浓度同上)中,测量该组溶液的电导率值，记下测量值。
(7) 用电导水配制正丁醇浓度为0.8 mol·L-1的溶液100mL，取相同体积的正丁醇溶液(5mL)分别加入到十二烷基磺酸钠溶液(浓度同上)中，测量该组溶液的电导率值，记下测量值。
五、实验数据：
浓度
十二烷基磺酸钠的电导率/x103µS·cm—1
加氯化钠溶液后的电导率/ x103µS·cm—1
加正丁醇溶液后的电导率/ x103µS·cm—1
0.002

0.004

0.006

0.008

0.010

0.012

0.014

0.016

0.018

0.020

六、数据解决
对上述三种不同的溶液分别作κ-c图，由曲线的转折点拟定十二烷基磺酸钠的临界胶束浓度，以及加入NaCl和正丁醇后的十二烷基磺酸钠的临界胶束浓度。

图3 十二烷基磺酸钠的κ-c图
由上图，十二烷基磺酸钠的CMC值为 mol·L-1

图4 十二烷基磺酸钠+NaCl的κ-c图
由上图，加入NaCl后，十二烷基磺酸钠的CMC值为 mol·L-1

图5 十二烷基磺酸钠+正丁醇的κ-c图
加入正丁醇后，十二烷基磺酸钠的CMC值为 mol·L-1

七、注意事项
(1)当用0.1—0．1µS·cm—1或0—0．3µS·cm—1这两档测量高纯水的电导率时，先把电极引线插入电极插孔，在电极未浸入纯水之前，调节电阻补偿器x6使电表指示为最小值(此值即为电极铂片问的漏电阻所相应的电导率值)，然后进行测量。
(2)假如要了解在测量过程中电导率的变化情况，把10mV输出接至自动电子记录仪即可。
(3)当量程选择开关所选数值为红点位置档时，读表头上红色数字；而量程选择开关指向黑点位置档时，可读表头上黑色数字。
(4)在使用过程中，每次测量前应允将“校正、测量”开关扳向“校正”位置，检查指针是否指向满度，否则需再次调整，即，每测一次，都要用待测溶液校正一次。在测量时尽也许使表针接近满度，此时误差最小。
(5)电导电极使用前后均应浸在蒸馏水内以防止铂黑情化。任何硬物，涉及吸水纸及清洗时水流均不能直接接触或冲击铂黑。
(6)恒温水浴的温度参考实验时的室温自定，氯化钠溶液与正丁醇溶液的加入量在保证体积相同的情况下自定，且每份不超过10mL。
(7)非离子型的表面活性剂不能用此方法测定其临界胶束浓度。
八、讨论
测量CMC的方法很多，但其中表面张力法、电导法比较简便准确。电导法是个经典的方法，简便可靠，但只合用于离子型的表面活性剂，此法对于由较高活性、CMC值较小的表面活性剂准确性较高；反之，对CMC值较大者其准确性较差。
CMC值是表面活性剂表面活性大小的一个量度，表面活性剂的结构、无机盐、有机添加物等都会改变表面活性剂的CMC值，无机盐的加入能减少离子型表面活性剂的CMC值，使其在低浓度下充足发挥去污效能，无机盐中所起作用的是与活性剂离子带相反电荷的离子，且价数越高，影响越大；少量的有机添加物除能减少CMC值外，重要起抗沉积作用，提高洗涤效果。