溫度、正丁醇濃度對十二烷基硫酸鈉臨界膠束濃度的影響

設計性實驗溫度、正丁醇濃度對十二烷基硫酸鈉臨界膠束濃度的影響指導教師：

學生姓名：學生學號：1002010730

學院：化學與分子工程

專業(yè):應用化學

班級：1072010年5月20日溫度、正丁醇濃度對十二烷基硫酸鈉臨界膠束濃度的影響姓名(青島科技大學化學與分子工程學院，山東青島)摘要：表面活性劑的一個重要性質(zhì)是其臨界膠束濃度(CriticalMicelleConcentration,簡關(guān)鍵詞:稱CMC)。本文利用電導率法對陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)的CMC進行了研究,測試了這種離子型表面活性劑在不同溫度及添加不同量的有機物正丁醇時電導率的變化，從而得到溫度、正丁醇濃度對SDS的臨界膠束濃度的影響規(guī)律，并對有關(guān)實驗結(jié)果作了探討。研究表明：在所討論的溫度范圍內(nèi)(25°C—60°C)，隨溫度的升高,CMC的變化不大，且呈微弱的上升趨勢，即溫度升高不利于膠束的形成。正丁醇的加入對CMC的影響很大，即顯著降低了SDS的CMC值，有利于膠束的形成。關(guān)鍵詞:十二烷基硫酸鈉；電導率法；臨界膠束濃度；溫度；正丁醇。引言:CMC表面活性劑分子是由具有親水性的極性基團和具有憎水性的非極性基團所組成的有機物。它的非極性憎水基團一般是8到18碳的直鏈烴，因此表面活性劑都是兩親分子(amphiphilicmolecule)。吸附在水表面時采用極性基團向著水，非極性基團脫離水的表面定向。這種排列，使表面上不飽和的力場得到某種程度上的平衡，從而降低了表面張力(或界面張力)。某些物質(zhì)當它們以低濃度存在于一體系時，可被吸附在該體系的表面(界面)上，使這些表面的表面自由能發(fā)生明顯降低的現(xiàn)象，這些物質(zhì)被稱為表面活性劑。表面活性劑現(xiàn)在廣泛應用于石油、紡織、農(nóng)藥、采礦、食品、民用洗滌劑等各個領(lǐng)域。由于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要是應用于水溶液，以改變水的表面活性，所以若不加以說明，就是指降低水的表面自由能的表面活性劑。表面活性劑的分類：陰離子型表面活性劑，如羧酸鹽(肥皂)，烷基硫酸鹽(十二烷基硫酸鈉)，烷基磺酸鹽(十二烷基苯磺酸鈉)等；陽離子型表面活性劑，主要是胺鹽，如十二烷基二甲基叔胺和十二烷基二甲基氯化胺；非離子型表面活性劑，如聚氧乙烯類.表面活性劑有廣泛的應用，主要有：潤濕作用(wettingaction)(滲透作用)：用作潤濕劑、滲透劑。乳化作用(emulsification)、分散作用(dispersedaction)、增溶作用(solubilization):用作乳化劑、分散劑、增溶劑。發(fā)泡作用(foamingaction)、消泡作用(doanywithfoam):用作起泡劑、消泡劑。洗滌作用(washingaction):用作洗滌劑［1］。隨著科學的發(fā)展，表面活性劑已經(jīng)深入到生命起源以及膜材料、納米材料、對映體選擇性的反應等各個領(lǐng)域中。雖然表面活性劑領(lǐng)域現(xiàn)在是一個比較成熟的學科，但設計新的有特殊用途和應用價值的便面活性劑與附加的官能基團的性質(zhì)和位置有密切的關(guān)系，對傳統(tǒng)的表面活性劑分子結(jié)構(gòu)的修飾會導致其結(jié)構(gòu)行態(tài)很大的變化。總之表面活性劑在化學領(lǐng)域的應用還是待于開發(fā)和改善，能夠?qū)F(xiàn)有的技術(shù)應用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際是我們追求的目標。我們可以采用的方法有：1.電導法。2.表面張力法。3.光散射法。4.比色法（染料吸附法）5.濁度法。在溶液內(nèi)部形成膠束（Micelle）是表面活性劑一個重要的性質(zhì)［1］。早在20世紀20年代,Mebain就對脂肪酸鈉，烷基磺酸鈉進行了研究,提出了膠束的存在膠束的形成是發(fā)生膠束增溶作用的前提條件。而臨界膠束濃度（CMC）則是表面活性劑在水中形成膠束的標志之一°CMC值越小，表示形成膠束所需濃度越低,達到界面飽和吸附的濃度就越低,因而改變表面性質(zhì)，起到潤濕、乳化、加溶、起泡等作用所需的濃度也越低。因此CMC可以作為表面活性劑表面活性的一種量度。在實際應用中，體系中常并存有無機鹽、極性有機物,并且還有溫度的變化，因此研究這些因素對表面活性劑CMC的影響，不僅具有理論意義,而且具有實用價值。SDS作為一種陰離子表面活性劑，它在稀溶液中能電離，分別以正、負離子的形式存在，其稀溶液的性質(zhì)與正常的強電解質(zhì)溶液相似,溶液的電導率隨濃度的上升而增加。離子型表面活性劑的導電性質(zhì)在CMC前后有很大不同。在CMC之前，離子型表面活性劑分子以單個分子導電，濃度增加，電導率成正比的增大;在CMC之后,溶液中單體濃度達到飽和，表面活性劑分子開始形成膠束，以單體分子和膠束聚集體的形式導電，增加濃度，單體分子數(shù)目不再增加，只增加膠束的濃度。由于膠束是由十幾或幾十個帶電離子的單體構(gòu)成的大聚集體，帶有很高的電荷,由于靜電引力的作用，膠束表面的Stern層及擴散層吸附了大量的反離子，這就相當于一部分正負電荷相互抵消，因而其導電性能反而不如單體離子，在CMC之后，增加表面活性劑濃度,電導率的增大率大大減少。在濃度一電導率圖上表現(xiàn)為CMC前后直線斜率的變化，兩條不同斜率的直線的交點所對應的濃度即CMC。本文以離子型表面活性劑SDS為體系,研究了溫度改變,正丁醇的加入量對其的CMC值的影響，得到了一些規(guī)律，并對有關(guān)實驗結(jié)果作了討論。1實驗部分1.1儀器與試劑儀器：超級恒溫槽1臺，DDS-11A型電導率儀1臺，超聲儀1臺，鉑黑電極1支,1000ml燒杯2個，100ml小燒杯2個，1000ml容量瓶2個，100ml容量瓶12個，1ml移液管1支，5ml移液管2支，10ml移液管1支，25ml移液管1支，恒溫電導池1個,分析天平1臺，電爐1臺。試劑：十二烷基硫酸鈉（分析純），蒸餾水，正丁醇（分析純）1.2實驗方法1?2?1電導法測十二烷基硫酸鈉的CMC值1、配置溶液。（1） 母液（0.02mol/L的SDS溶液）的配制。準確稱取5.7678gSDS于100ml小燒杯中，轉(zhuǎn)移至1000ml燒杯中加水溶解（注意加水時動作要緩慢以避免起泡），可用電爐加熱加快溶解速度，轉(zhuǎn)移至容量瓶中，加水至1000ml。然后放到超聲儀中超聲20min。（2） 用0.02mol/L的SDS母液分別配制0.002、0.004、0.005、0.006、0.007、0.008、0.009、0.010、0.011、0.012、0.014、0.016十二烷基硫酸鈉100毫升。分別量取10、20、25、30、35、40、45、50、55、60、70、0、80ml母液于100毫升容量瓶中加水稀釋至100ml，然后放到超聲儀中超聲20min。2、 用超級恒溫槽與恒溫電導池接通，調(diào)節(jié)恒溫槽水溫到測定需要的溫度25°C（根據(jù)實驗需要設定）。3、 打開電導率儀的開關(guān)，選擇最大量程，將“校正-測量”開關(guān)扳至“校正”位置，將“溫度補償”旋鈕調(diào)到25C?根據(jù)所用電極上標明的電極常數(shù)，調(diào)節(jié)“常數(shù)校正”旋鈕至相應數(shù)值。4、 用蒸餾水淌洗電導池和電導三次（注意不要直接沖洗電極，以保護鉑黑）。再用0.002mol/L的SDS溶液淌洗三次。往電導池中倒入適量0.002mol/L的SDS溶液（使極板全部浸在溶液中），插好電導電極，至少恒溫10分鐘。5、 將“校正-測量”開關(guān)扳至“測量”位置，調(diào)節(jié)“量程選擇”旋鈕，根據(jù)儀器顯示的有效位數(shù)，確定適當量程，此時儀器顯示的數(shù)值即為該溶液的電導率。6、 將“校正-測量”開關(guān)扳至“校正”位置，倒掉電導池中的溶液，插好電極，恒溫10分鐘后，按步驟4和5測定其電導率。按由稀到濃的順序，測定其他濃度的電導率。7、 測量結(jié)束后，把電極浸泡在蒸餾水中。關(guān)閉電導率儀和超級恒溫槽。1?2?2研究溫度對CMC的影響將恒溫水浴溫度分別調(diào)到25、45、60C，按1.2.1中4-6步驟分別測定不同溫度下的電導率。1.2.3研究正丁醇濃度對CMC的影響1?分別量取10、20、25、30、35、40、45、50、55、60、70、0、80ml母液于100毫升容量瓶中，再分別加入1ml正丁醇，加水稀釋至100ml，放到超聲儀中超聲10min。按1.2.1中4-6步驟分別測定電導率。2.將正丁醇體積改為1.5、3ml,重復步驟1進彳丁實驗。2 結(jié)果與討論2.1CMC值的確定分別以表1,表2中SDS的濃度C為橫坐標,SDS水溶液的電導率K為縱坐標，用origin軟件作不同溫度、正丁醇摩爾分數(shù)不同時SDS的濃度-電導率圖（圖1、圖2）,K-C直線轉(zhuǎn)折點對應的濃度即為該溫度或該正丁醇濃度下SDS的CMC值。表1SDS在不同溫度下的電導率

電導率/(ms.cm-1)25°C 45°C 60°C0.0020.2430.20.1440.0040.5160?410.290.0050.6190.50.3440.0060.7390.5730.4010.0070.8230.6360.4470.0080.9030.7040.4920.0090.9910.7660.5350.011.0510.8050.5540.0111?1290.8680.5930.0121.1830.9180.6270.0141.2761.0030.680.0161.4291.0970.736表2SDS在正丁醇濃度不同時的電導率SDS濃度/(mol.l-1)正丁醇濃度不同時SDS的電導率k/(ms.cm-1)00.1093mol.l-10.1639mol.l-10.3278mol?l-10.0020.1440.1490.1460.1420.0040.290.2670.2610.260.0050.3440.3170.3120.3170.0060.4010.3680.3580.3730.0070.4470.4180.4040.4280.0080.4920.4630.4450.4750.0090.5350.5020.4890.5270.010.5540.5410.5370.5760.0110.5930.5750.5730.6238705-.匸?3-l?2-l1JwQ7JW4J????■???????^1^1^14—1—1?oooooO(L—UJOSllo/M0工TOC\o"1-5"\h\z0.2- :* A0.10.000 0.002 0.0040.0060.0080.0100.0120.014 0.016c/(mol.l-1)圖1不同溫度時SDS的電導率-濃度圖25°C45°C60°Co1 / \**■I I I I I I I I I I I I I I I I I I -p734/242ooaoOTlw.sEMMer莊0.000 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018SDS的濃度/(mol.1-1)圖2正丁醇濃度不同時，SDS的濃度-電導率曲線1-正丁醇濃度為0；2-正丁醇濃度為0.1093mol.l-13-正丁醇濃度為0.1639mol.l-1；4-正丁醇濃度為0.3278mol.l-12?2 溫度變化對CMC值的影響用origin軟件查出圖1中交點橫縱作標，即溫度與SDS的CMC值的關(guān)系，數(shù)值在表3中列出。溫度t/(°c)CMC值/(mol?l-1)不同溫度下250.0083450.0087600.0092表3SDS在的CMC值

94100009000ci(l—-'oe)、oiaig>0894100009000ci(l—-'oe)、oiaig>086J80084J

o

021800以CMC值為縱坐標：以溫度t為橫坐標用qrigin軟件繪制出(MC-溫度關(guān)系圖(圖3)從圖上可以看出隨著溫度的升咼，§DS的CMC值升咼。由于實驗條件與操作技術(shù)的原因,出現(xiàn)了與文獻值的誤差，但SDS隨溫度變化趨勢與理論一致。 '文獻值：25°C時，SDS的CMC值為O.O082mol.l-l;4O°C時，SDS的臨界膠束濃度為0.0086mol.l-l。 圖3CMC-t圖2?3正丁醇醇加入量對CMC的影響正丁醇濃度/(mol.l-1-1)CMC值/(mol?正丁醇濃度/(mol.l-1-1)CMC值/(mol?l-1)00.00830.10930.00820.16390.00800.32780.0072用origin軟件查出圖2中交點坐標記錄在表4中。以測得的CMC值對正丁醇的摩爾分數(shù)作圖，得至U正丁醇加入量的CMC的影響圖4)表4不同正量時SDS的(25°C)關(guān)系(見丁醇加入CMC值對SDS—■——■—B(1OE)迪。乏0從圖4可以看出隨著正丁醇濃度的增加，SDS的CMC值在不斷減小。3結(jié)論⑴溫度對CMC的影響:在所討論的溫度范圍內(nèi)(25°C—60°C),隨溫度