设计性实验:十二烷基硫酸钠表面活性剂临界胶束浓度的测定
一前言
1.1 CMC表面活性剂分子是由具有亲水性的极性基团和具有憎水性的非极性基团所组成的有机物。它的非极性憎水基团一般是8到18碳的直链烃，因此表面活性剂都是两亲分子(amphiphilic molecule)。吸附在水表面时采用极性基团向着水，非极性基团脱离水的表面定向。这种排列，使表面上不饱和的力场得到某种程度上的平衡，从而降低了表面张力(或界面张力)。某些物质当它们以低浓度存在于一体系时，可被吸附在该体系的表面(界面)上，使这些表面的表面自由能发生明显降低的现象，这些物质被称为表面活性剂。
表面活性剂现在广泛应用于石油、纺织、农药、采矿、食品、民用洗涤剂等各个领域。由于工农业生产中主要是应用于水溶液，以改变水的表面活性，所以若不加以说明，就是指降低水的表面自由能的表面活性剂。
表面活性剂有广泛的应用，主要有：
(1) 润湿作用(wetting action)(渗透作用)：用作润湿剂、渗透剂。
(2) 乳化作用(emulsification)、分散作用(dispersed action)、增溶作用(solubilization):用作乳化剂、分散剂、增溶剂。
(3) 发泡作用(foaming action)、消泡作用(do any with foam):用作起泡剂、消泡剂。
(4) 洗涤作用(washing action):用作洗涤剂[1]。
随着科学的发展，表面活性剂已经深入到生命起源以及膜材料、纳米材料、对映体选择性的反应等各个领域中。虽然表面活性剂领域现在是一个比较成熟的学科，但设计新的有特殊用途和应用价值的便面活性剂与附加的官能基团的性质和位置有密切的关系，对传统的表面活性剂分子结构的修饰会导致其结构行态很大的变化。
总之表面活性剂在化学领域的应用还是待于开发和改善，能够将现有的技术应用于工农业生产实际是我们追求的目标[2]。
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的浓度及CMC值[3]。
实验原理：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，但当溶液浓度达到临界胶束浓度时，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，但变化幅度变小，摩尔电导率也急剧下降，利用K-C 曲线的转择点求CMC 值 [4]。气泡的最大压力法是测定液体表面张力的方法之
一。它的基本原理如下，当玻璃毛细管一端与液体接触，并往毛细管内加压时，可以在液面的毛细管口处形成气泡。气泡的半径在形成过程中先由大变小，然后再由小变大，设气泡在形成过程中始终保持球形，则气泡内外的压力差p ∆（即施加于气泡的附加压力）与气泡的半径r 、液体表面张力σ之间的关系可又拉普拉斯（Laplace ）公式表示，即 2p r σ
∆= （5-13）
显然，在气泡形成过程中，气泡半径由大变小，再由小变大，所示，所以压力差p ∆则由小变大，然后再由大变小。当气泡半径r 等于毛细管半径R 时，压力差达到最大值m ax p ∆。因此
m ax 2p R σ∆= （5-14）
由此可见，通过测定R 与m ax p ∆，即可求得液体的表面张力。由于毛细管的半径较小，直接测量R 误差较大。通常用一已知表面张力为0σ的液体（如水、甘油等）作为参考液体，实验测得其对应的最大压力差为
0,m a x p ∆，则毛细管半径0,m a x 2R p σ
=∆。代入上式，可得被测液体的表面张力
m ax
00,m ax p p σσ∆=∆ （5-15）
压力差p ∆可用U 形水压力计测量，本实验中用DMP-2B 型数字式微压差测量仪测量，该仪器可直接显示以Pa 为单位的压力差。在同一温度下，若测定不同浓度c 的溶液表面张力，按吉布斯（Gibbs ）吸附等温式可计算溶质在单位溶液表面的吸附量(1)
2Γ： (1)
2c d RT dc σ
Γ=- （5-16）
若(1)
2Γ＞0，则溶质加入使表面张力降低，即d d c σ
＜0，这时表面溶质的浓度大于在溶液内部的浓度，这种吸附称为正吸附，这类溶质称为表面活性物质。反之，则称为负吸附，溶质则称为非表面活性物质。
二仪器和药品
DDS —II A 型电导率仪；恒温槽；容量瓶（25或50ml ）；移液管两个（5ml ）；氯化钠（分析纯）；十二烷基硫酸钠（用乙醇2—3次重结晶提纯）；蒸馏水；表面张力测定装置一套；数字式微压差测量仪一台。电导水；铂黑电导电极一支；带有磨口的锥形瓶 (250ml) 11 只；
三实验步骤
实验方法一：电导法测定十二烷基硫酸钠的CMC 值
1. 十二烷基硫酸钠经80℃烘干3小时后, 用二次水准确配制浓度为0. 002、 0. 006、0.007、0. 008、0. 009、0.010，0.012 ，0.014，0.018，0.020mol/ L 的十二烷基硫酸钠溶液50 ml
2. 开通电导率仪和恒温水浴的电源预热20min 。
3. 按浓度从稀到浓顺序, 用电导率仪分别测定水浴恒温25 ±0. 1 ℃时各溶液电导率值, 待恒温10min 后读取数据，每个溶液的电导读数三次。
