临界胶束浓度的测定

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1、设计实验：表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定姓名何闪闪班级0902学号2009113010216分数1实验目的1.1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。1.2设定两种以上实验方法测定表面活性剂溶液的CMC。2实验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

2、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（criticalmicelleconcentration,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。3.仪器和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，250ml滴液漏斗1个，100ml锥形瓶8个，蒸馏水，BSD－A导电仪，光亮的铂电极，恒温水箱，大试管（100ml）12支，电导水，十二烷基硫

3、酸钠溶液4．实验方法4.1最大气泡法及原理：在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。可是在液体表面层的分子却不相同。因为表面层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力。这种吸引力使表面上的分子向内挤促成液体的最小面积。要使液体的表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功增加分子的位能。所以说分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的变化值ΔG称为单位表面

4、的表面能其单位为J．m-3。而把液体限制其表面及力图使它收缩的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力，其单位是Nm-1。液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。欲使液体表面积增加△S时，所消耗的可逆功A为：-A=△G=σ△S液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。液体的表面张力也与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化。把溶质在表面层中与本体溶液中浓度不同的现象称为溶液的表面吸

5、附。使表面张力降低的物质称为表面活性物质。用吉布斯公式(Gibbs)表示：式中：Г为表面吸附量(mol.m-2)，σ为表面张力（J.m-2），R为气体常数R=8.314N.m/mol.K。dσ/dc表示在一定温度下表面张力随浓度的改变率。即：dσ/dc<0，Г>0，溶质能降低溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附作用。dσ/dc>0，Г<0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度小于内部的浓度，称为负吸附作用。由此，测定溶液的浓度和表面张力，可以求得不同浓度下溶液的表面吸附量。上图是最大气泡压力法测定表面张力的装置示意图。将欲测表面张力的液体装于支

6、管试管5中，使毛细管6的端面与液面相切，液面即沿着毛细管上升，打开滴液漏斗2的活塞进行缓慢抽气，此时由于毛细管内液面上所受的压力（p大气）大于支管试管中液面上的压力（p系统），故毛细管内的液面逐渐下降，并从毛细管管端缓慢地逸出气泡。在气泡形成过程中，由于表面张力的作用，凹液面产生了一个指向液面外的附加压力Δp，因此有下述关系：p大气＝p系统＋ΔpΔp＝p大气－p系统(3)附加压力Δp和溶液的表面张力σ成正比，与气泡的曲率半径R成反比，其关系式为Δp＝2σ/R(4)若毛细管管径较小，则形成的气泡可视为是球形的。气泡刚形成时，由于表面几乎是平的，所以曲率半径只极大；当气泡形成

7、半球形时，曲率半径只等于毛细管管径r，此时R值为最小；随着气泡的进一步增大，只又趋增大(见图3所示)，直至逸出液面。根据(31—4)式可知，当R＝r时，附加压力最大，为Δp＝2σ/r(5)这最大附加压力可由数字式微压差测量仪上读出。在实验中，若使用同一支毛细管和压力计，则r是一个常数。如果将已知表面张力的液体作为标准，由实验测得其Δp后，就可求出r。然后只要用这一仪器测定其他液体的Δp值，通过(5)式计算，即可求得各种液体的表面张力σ4.1.1实验数据记录及处理（1）由σ水=k×Δp水，Δp水=715.67pa，σ水=71.1