电导法测定临界胶团浓度

电导法测定表面活性剂的临界胶束浓度
一、实验目的及要求
1．用电导法测定十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度。

2．了解表面活性剂的特性及胶束形成原理。

3．掌握电导率仪的使用方法。

二、实验原理
具有明显”两亲”性质的分子，即含有亲油的足够长的(大于10-12个碳原子)烃基，又含有亲水的极性基团(通常是离子化的)，由这一类分子组成的物质称为表面活性剂，如肥皂和各种合成洗涤剂等，表面活性剂分子都是由极性部分和非极性部分组成的，若按离子的类型分类，可分为三大类:①阴离子型表面活性剂，如羧酸盐(肥皂)，烷基硫酸盐(十二烷基硫酸钠)，烷基磺酸盐(十二烷基苯磺酸钠)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和十二烷基二甲基氯化胺；③非离子型表面活性剂，如聚氧乙烯类。

表面活性剂进入水中，在低浓度时呈分子状态，并且三三两两地把亲油基团靠拢而分散在水中。

当溶液浓度加大到一定程度时，许多表面活性物质的分子立刻结合成很大的集团，形成”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（critical micelle concentration），简称CMC。

CMC 可看作是表面活性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。

也就是说只要很少的表面活性剂就可起到润湿、乳化、加溶、起泡等作用。

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)同浓度的关系曲线出现明显的转折，如图1所示。

因此，通过测定溶液的某些物理性质的变化，可以测定CMC。

图1 十二烷基硫酸钠水溶液的物理性质和浓度的关系这个特征行为可用生成分子聚集体或胶束来说明，当表面活性剂溶于水中后，不但定向地吸附在溶液表面，而且达到一定浓度时还会在溶液中发生定向排列而形成胶束。

表面活性剂为了使自己成为溶液中的稳定分子，有可能采取的两种途径：一是把亲水基留在水中，亲
油基伸向油相或空气;二是让表面活性剂的亲油基团相互靠在一起，以减少亲油基与水的接触面积。

前者就是表面活性剂分子吸附在界面上，其结果是降低界面张力，形成定向排列的单分子膜，后者就形成了胶束。

由于胶束的亲水基方向朝外，与水分子相互吸引，使表面活性剂能稳定溶于水中。

随着表面活性剂在溶液中浓度的增长，球形胶束可能转变成棒形胶束，以至层状胶束，如图1所示。

后者可用来制作液晶，它具有各向异性的性质。

本实验利用DDSJ-308A型电导率仪测定不同浓度的十二烷基硫酸钠水溶液的电导值(也可换算成摩尔电导率)，并作电导值(或摩尔电导率)与浓度的关系图，从图中的转折点求得临界胶束浓度。

三、仪器与试剂
DDSJ-308A型电导率仪1台（附带电导电极1支），容量瓶(100mL) 12只，氯化钾(分析纯)，恒温水浴1套，十二烷基硫酸钠(分析纯)，容量瓶(1000mL)1只，电导水。

四、实验步骤
1. 用电导水或重蒸馏水准确配制0.01 mol·L-1的KCl标准溶液。

2. 取十二烷基硫酸钠在80℃烘干3h，用电导水或重蒸馏水准确配制0.002，0.004，0.006，0.007，0.008，0.009，0.010，0.012，0.014，0.016，0.018，0.020 mol·L-1的十二烷基硫酸钠溶液各100 mL。

3. 打开恒温水浴调节温度至25℃或其它合适温度。

开通电导率仪。

4. 用0.001 mol·L-1KCl标准溶液标定电导池常数。

5. 用DDSJ-308A型电导仪从稀到浓分别测定上述各溶液的电导率。

用后一个溶液荡洗前一个溶液的电导池3次以上，各溶液测定时必须恒温10min，每个溶液的电导率读数3次，取平均值。

列表记录各溶液对应的电导率,换算成摩尔电导率。

6. 实验结束后洗净电导池和电极，并测量水的电导率。

五、注意事项
1. 电极不使用时应浸泡在蒸馏水中，用时用滤纸轻轻沾干水分，不可用纸擦拭电极上的铂黑（以免影响电导池常数）。

2. 配制溶液时，由于有泡沫，保证表面活性剂完全溶解，否则影响浓度的准确性。

3. CMC浓度有一定的范围。

六、数据记录与处理
1. 计算各浓度的十二烷基硫酸钠水溶液的电导率和摩尔电导率。

2. 将数据列表，做κ-c图与λm—c图，由曲线转折点确定临界胶束浓度CMC值。

七、思考题
1. 若要知道所测得的临界胶束浓度是否准确，可用什么实验方法验证之？
2. 溶液的表面活性剂分子与胶束之间的平衡同浓度和温度有关，试问如何测出其热能效应ΔH值？
3. 非离子型表面活性剂能否用本实验方法测定临界胶束浓度？若不能，则可用何种方法测之？
4. 试说出电导法测定临界胶束浓度的原理。

5. 实验中影响临界胶束浓度的因素有哪些？
八、讨论
表面活性剂的渗透，润湿，乳化，去污，分散，增溶和起泡作用等基本原理广泛应用于石油，煤炭，机械，化工，冶金，材料及轻工业，农业生产中，研究表面活性剂溶液的物理溶液化学性质（吸附）和内部性质（胶束形成）有着重要意义。

而临界胶束浓度（CMC）可以作为表面活性剂的表面活性的一种量度。

因为CMC越小，则表示这种表面活性剂形成胶束所需浓度越低，达到表面（界面）饱和吸附的浓度越低。

因而改变表面性质起到润湿，乳化，增溶和起泡等作用所需的浓度越低，另外，临界胶束浓度又是表面活性剂溶液性质发生显著变化的一个“分水岭”。

因此，表面活性剂的大量研究工作都与各种体系中的CMC测定有关。

测定CMC的方法很多，常用的有表面张力法，电导法，染料法，增溶作用法，光散射法等。

这些方法，原理上都是从溶液的物理化学性质随浓度变化关系出发求得。

其中表面张力和电导法比较简便准确。

表面张力法除了可求得CMC之外，还可以求出表面吸附等温线，此外还有一优点，就是无论对于高表面活性还是低表面活性的表面活性剂，其CMC的测定都具有相似的灵敏度，此法不受无机盐的干扰，也适合非离子表面活性剂，电导法是经典方法，简便可靠。

只限于离子性表面活性剂，此法对于有较高活性的表面活性剂准确性高，但过量无机盐存在会降低测定灵敏度，因此配制溶液应该用电导水。