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表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定
一、实验目的及规定
1.了解表面活性剂溶液临界胶束浓度（CMC）的定义及常用测定方法。
2.设计两种或两种以上实验方法测定表面活性剂溶液的CMC.
二、实验原理
凡能显著减少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，在低浓度时呈分散状态，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。当溶液表面吸附达成饱和后，浓度在增长时，表面活性剂分子会自相缔合，即疏水的亲油集团互相靠拢，而亲水的极性基团与水接触，这样形成的缔合体称为胶束。以胶束形式存在于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（CMC）。在CMC附近由于溶液的结构改变导致其许多性质发生突变，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性。所以测定CMC的方法有很多，比如表面张力法、电导法、折光指数法和染料增溶法等。
三、仪器与试剂
表面张力测定仪、电导率仪、超级恒温槽、十二烷基磺酸钠一系列浓度的溶液。
四、实验方法
4.1. 最大气泡压力法及原理
表面活性剂溶液的表面张力随浓度的变化在CMC处同样出现转折，本实验用最大气泡压力法测，这一方法是将毛细管刚好与待测溶液面接触，在毛细管内加压，管端将在液体内形成一气泡，压力达成一定值时管端气泡破裂吹出，压力忽然下降，根据Laplace方程，
大压力差△Pmax与液体表面张力σ及毛细管半径r有下述关系，△Pmax=2σ／r=kσ。
用同一根毛细管半径r值一定，△Pmax与σ成正比，所以已知水的表面张力，通过测定△Pmax水，可求出k=△Pmax／σ水，再测得不同浓度表面活性剂的水溶液的△Pmax，求得相应的σ，通过σ对表面活性剂的浓度c作图，由曲线的转折点来拟定CMC值，或通过由四个低浓度点和四个高浓度点分别作σ-lgc直线，由两线的交叉点拟定CMC.
4.1.1 实验数据及解决
表1.压力差于浓度的关系
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
浓度（mol·L）

0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
0.016

△P（pa）
535
485
465
456
426
443
460
466
539
479
465
454
427
444
459
463
533
488
464
451
424
442
462
465
△Pmax（pa）
535.7
484
464.7
453.7
425.7
443
460.3
464.7
σ (N/m)
61.07
5518
52.97
52.14
48.96
50.95
52.94
53.44
lgc
-2.6989
-2.3979
-2.2218
-2.0969
-2.0000
-1.9208
-1.8538
-1.7959
图1.

图2.

结论: 由表面张力对浓度作图，如图1，得出CMC值为0.00963，图2，得出两条直线交点值为CMC值0.01053，与理论值比较得误差分别为1.7%和7.4%。
4.2 电导法及其原理
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，但当溶液浓度达成临界胶束浓度时，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，但变化幅度减小，摩尔电导率也急剧下降，运用K-C曲线的转折点求CMC或运用摩尔电导率对浓度C作图，转折点即CMC值。
4.2.1 实验数据及解决
表2.电导率与浓度的关系
序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
浓度（mol·L）

0.002
0.004
0.006
0.008
0.01
0.012
0.014
0.016
0.02
K(ms/cm)
0.180
0.348
0.473

0.596
0.653
0.761
0.831
0.918
0.954
Λm (ms/cm·mol)
90
87
78.8
74.5
65.3
63.4
59.4
57.4
47.7
图1.

图2.
结论：由电导率对浓度作图和摩尔电导率对浓度作图，得CMC值为0.00909，与理论值比较得误差为7.2%。
五、结果与讨论：
5.1 两种方法的比较：比较两种方法可知最大气泡压力法测得结果更明显，电导法测得结果虽不如最大气泡压力法，到也可明显看出转折位置，并且电导法操作简便，只要操作规范，人为误差较小，但与理论值比较最大气泡压力法更抱负，且应是表面张力对浓度作图。
5.2 实验注意事项：
(1)每次测定前毛细管应清洁干净，毛细管和测定管必须润洗，毛细管不能被气泡堵住也不可有污物，否则影响气泡冒出，毛细管端应与液面刚好相切。
(2)气泡要缓慢均匀冒出，否则导致△P变大带来误差。
(3)若溶液未测时气泡太多，可加一定量的消泡剂，切不可多加，否则影响表面张力。
(4)溶液浓度要配置准确，试管要干净、干燥，每次测量时擦干电极并用待测液润洗。
六、参考文献：
6.1 <<物理化学>>(第五版 南京大学化学化工学院,傅献彩 沈文霞 姚天扬 侯文华 编)
6.2文献值
25℃：CMC=0.0098mol·L
20℃：CMC=0.012mol·L
30℃：CMC=0.0087mol·L