1、表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定 阮崇鹏09，张奎勇10，李琳11，李幽林12（青岛科技大学化学院，青岛 四方，应化102班 266042）摘要： 本实验采用电导法和表面张力法测定表面活性剂的临界胶束浓度（CMC），所选取试剂为十二烷基硫酸钠。将所测得其CMC值与文献值进行比较，分析比较得出电导法和表面张力法的优缺点。关键词：表面活性剂；CMC；电导法；表面张力法；十二烷基硫酸钠。0 引言凡能显著改变体系表面(或界面)性质的物质都称为表面活性剂。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）。如肥皂和各种合成洗涤剂等。表面活性剂分子都是由极性和非极性
2、两部分组成的，若按离子的类型分类，可分为三类： 1、阴离子型表面活性剂：如羥酸盐（肥皂，C17H35COONa）,烷基硫酸盐（十二烷基硫酸钠，CH3(CH2)11SO4Na），烷基磺酸盐（十二烷基苯磺酸钠，CH3(CH2)11C6H5SO3Na）等。2、阳离子型表面活性剂：主要是胺盐，如十二烷基二甲基叔胺（RN（CH3）2HCl）和十二烷基二甲基氯化胺（RN(CH3)2Cl）。3、非离子型表面活性剂：如聚氧乙烯类（R-O-(CH2CH2O)nH）。由于表面活性剂分子具有双亲结构，分子有自水中逃离水相而吸附于界面上的趋势，但当表面吸附达到饱和后，浓度再增加，表面活性剂分子无法再在表面上进一步吸附
3、，这时为了降低体系的能量，活性剂分子会相互聚集，形成胶束。开始明显形成胶束的浓度称为临界胶束浓度，以CMC(critical micelle concentration)表示。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转折。这个现象是测定CMC 的试验依据，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
4、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
5、的浓度及CMC值。6. 界面张力曲线的转折点是表面活性剂溶液中开始大量形成胶束的结果。转折点浓度也是表面活性剂在溶液中的临界胶束浓度。本实验采用电导法和表面张力法1 实验实验仪器与试剂：表面张力测定仪 1 套，数字式微压差计 1 台，超级恒温槽 1 台，1000ml 容量瓶 1 个，100ml 容量瓶 12 个，蒸馏水，BSDA 导电仪，光亮的铂电极，恒温水箱，电导水，十二烷基硫酸钠电导法实验方法：1、取十二烷基硫酸钠（SDS）在 80烘干 3h。准确称量干燥的 SDS 28.8380g于干燥的烧杯中溶解，转入 1000ml 容量瓶中定容摇匀做母液备用，此母液浓度为 0.1000molL-1
6、。2、分别移取母液2.0、4.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、12.0、14.0、16.0、18.0、20.0ml 于12 个 100ml 容量瓶中，用去离子水定容，准确配制0.002，0.004，0.006，0.007，0.008，0.009，0.010，0.012，0.014，0.016，0.018，0.020 molL -1的 SDS 溶液各 100 ml。由稀到浓依次编号为 1-12.3、打开恒温水浴调节温度至25。4、用蒸馏水淌洗电导池和电导电极三次，再用0.002molL -1的 SDS 淌洗三次。往电导池中倒入适量的0.002molL -1SDS 溶液，插入电极，恒
7、温至少15min。5、打开电导率仪的电源开关，将“量程选择”旋钮扳到最大测量挡，将“校正-测量”开关扳到“校正”位置，将“温度补偿”旋钮调到“25”。根据所用电极上标明的电极常数，调节“常数校正”到相应数值。6、将“校正-测量”开关扳到“测量”位置，调节“量程选择”旋钮，根据仪器显示数字的有效位数选择适当量程，此时，仪器所显示的数值即为该溶液的电导率。7、将“校正-测量”开关扳到“校正”位置，倒掉电导池中的溶液，用下一个较浓的 SDS 溶液淌洗电导池和电导电极三次，倒入适量该溶液，插好电极，恒温15min 后，按步骤5和6测定其电导率。如此按由稀到浓的顺序，测定其他浓度（0.004，0.006
8、，0.007，0.008，0.009，0.010，0.012，0.014，0.016，0.018，0.020）SDS 溶液的电导率。8、用去离子水将电导池和电导电极洗净，按步骤5和6测水的电导率。9、测量结束后，把电极浸泡在蒸馏水中。关闭电导率仪和恒温水槽。表面张力法实验方法铂金板法测定表面张力原理：当感测铂金板浸入到被测液体后，白金板周围就会受到表面张力的作用，液体的表面张力会将白金板尽量地往下拉。当液体表面张力及其他相关的力与平衡力达到均衡时，感测白金板就会停止向液体内部浸入。这时候，仪器的平衡感应器就会测量浸入深度，并将它转化为液体的表面张力值。铂金板法测试步骤：将吊板浸入液体内；在浸入
9、状态下由感应器感测平衡值；将感应到的平衡值转化为表面张力值，并显示出来。操作步骤：1. 启动程序 启动电脑，打开张力仪开关，双击并启动 JK99B(白金板法).EXE 应用程序。2. 联机预热 在“选项”菜单点击“连接”选项，连接计算机与仪器，连接成功后使主机预热至少10分钟。如连接成功，则屏幕左下方实时张力数据会不断更新；若连接失败，会有提示“connect error”.3. 清洗白金板和玻璃皿 A 流水冲洗 镊子夹取白金板，并用流动的蒸馏水冲洗，冲洗时注意与水流保持一定的角度，尽量做到让水流洗干净白金板表面且不变形。B 酒精灯烧白金板 将白金板与水平面成45度角放置在酒精灯外焰，经20-
10、30秒烧至白金板微红，然后自然冷却至室温。注意，白金板未冷却之前避免与任何液体接触，防止弯曲变形。C 将玻璃皿洗净烘干，备用。4. 挂白金板并进行软件归零处理将白金板挂在张力仪挂钩上，在“连接”菜单中点击“设置”选项，进行铂片宽度、触发张力（控制样品台停止的参数）和中点偏移三个参数的设置。其中，铂片宽度和触发张力分别为48 mm 和5 mN/m，一般不建议操作人员更改这两个参数。中点偏移为经常需要更改的项目，它即为软件归零部分，也就是说通过输入该值使得应用程序界面中的实时张力在未接触液体并测试前尽可能接近于零。如果实时张力显示值较大，可视情况改小中点偏移数值。如果显示值较小，可适当增加中点偏移
11、数值。5. 旋钮归零软件归零后再用粗调旋钮（位置靠左，实时张力显示值大于或小于零超过1 mN/m 时使用）和微调旋扭（位置靠右，实时张力显示值在1 mN/m 时使用）进行归零处理，直至程序屏幕显示的实时张力与零最为接近（如0.05 mN/m）。旋扭的正确调整趋势为：左旋时实时张力减小，右旋时实时张力增大。调节过程中注意重点的漂移。如果旋扭调整趋势与上述方向相反，则应重新调节中点，即将旋扭旋至最左端或最右端，直至出现向左旋时实时张力减小，向右旋时实时张力增大为止。6. 添加待测液体在玻璃皿中添加待测液体15 ml 左右，确保液体高度有5 mm。擦干器皿外壁，置于升降平台垫圈上。7. 样品表面张力
12、测试样品准备就绪并恒温达到实验要求后，按应用程序中红色测试键开始记录，仪器会自动绘制整个实验过程中表面张力值的变化曲线，并在屏幕显示。操作人员可根据曲线结果记录数据。按停止键停止实验。8.重复性操作（一次）降低样品台至适当位置，重新按红色测试键测试，看实验取值情况。不用介意白金板脱离液面时表面张力的残留值。一般情况下，该值超过5 mN/m 时才需要重新清洗白金板。注意事项：白金板拿取时注意轻拿轻放，防止变形弯曲，防止挂钩和板之间的焊点断开。数据记录和处理：（一）、电导率法：浓度 0.002 0.004 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01 0.012 0.014 0.016
13、电导率 0.16990.3170.4570.4910.5570.7450.6590.737 0.81.056CMC 0.00903电 导 法00.20.40.60.811.20 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018（2）、表面张力法：浓度 0.002 0.006 0.007 0.008 0.009 0.01 0.012 0.014 0.016张力 29.208 30.375 31.583 32.208 33 33.125 33.792 33.958 34.042CMC 0.00913表 面 张 力 法2829303132333
14、4350 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018结论：据文献值查得，303.15K 下十二烷基硫酸钠 CMC 值为0.0087 mol/L，本实验中电导法测得 CMC 值为0.00903 mol/L，表面张力法测得值为0.00913 mol/L。比较可得电导法测 CMC 更为准确，对实验仪器要求较低，但较费时；表面张力法操作简单快捷，但对实验设备要求相对较高。注意事项：配制非离子型表面活性剂如何避免起泡避免起泡，有如下方法1 可以缓慢搅拌，然后静止一段时间消泡，2 加少量消泡剂3 适当加温再缓慢搅拌，配制阴离子表面活性剂标准储备
15、液时的汽包如何处理？从容量瓶往外倾倒时，残留的气泡太多，会不会影响浓度一般表面活性剂溶液在其临界胶束浓度(cmc)时最容易起泡。如果你可以选择溶液浓度，可以避开这个浓度。但这不能根本解决问题。表面活性剂都会起泡，想要不起泡只能是操作的时候格外小心。容量瓶往外倒药品的时候，倒得慢一些，小心让瓶颈始终保持有一段空气，即瓶内的空气和大气始终接通。参考文献1 刘瑾基础化学实验EM第1版合肥：安徽科学技术出版社，2006：2122 孙喜荣关于电导率仪中的温度补偿问题EJ计量技术，2004(6)：463 刘瑾基础化学实验(第一版)M合肥：安徽科学技术出版社，2006：446文献值：20：CMC=0.012 mol.L-1； 25 ：CMC=0.0098 molL-1；30：CMC=0.0087 mol.L-1；
