十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度测定

李佳 金自然 郑炳 指导老师：余逸男

摘要：表面活性剂水溶液的依数性质，随着胶束的形成，有理想状态变为非理想状态，发生突然的变化。表面活性剂的性质在形成胶束的狭窄的浓度范围内发生显著改变。因此临界交束浓度是表面活性剂应用性能中最重要的物理量之一。本文通过不同方法测定十二烷基硫酸钠的CMC（电导法，染料法），并讨论两种方法的优缺点，以及十二烷基硫酸钠在CMC时溶液性质的突变。

关键词：十二烷基硫酸钠 （C12H25SO4Na）临界胶束浓度（CMC） 电导法 染料滴定法 引言

在表面活性剂的表面活性与其浓度的对数关系线上有一个拐点，这个拐点：称为表面活性剂的临界胶束浓度(CMC)。CMC的存在表明其表面活性的变化和其溶液的内部性质的变化有关。

CMC是表面活性剂形成胶束的最低浓度。胶束是表面活性剂分子顺向排列的单分子膜。实际一直以低分子状态存在的表面活性剂分子急剧变成大的胶团，并作为一个大的整体在溶液中运动，因此，它产生了大分子——水溶性高分子的效果。此时，表面活性剂才开始显示出其真正的重要表面活性；表面活性剂水溶液以其临界胶束浓度为转折点，许多物理性质发生急剧变化，包括表面张力、界面张力、清洗去污能力、可溶性、渗透压、冰点降低、蒸气压、粘度、密度、光散性、颜色变化等。反之，通过测定这些性质的骤变点，也能测定临界胶束浓度。

本文介绍两种测量表面活性剂CMC的方法，以阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠为例，通过电导法和染料滴定法测量其CMC，并且以表面张力仪测量表面张力得到的CMC为标准，做简单讨论。 1 实验部分 1.1仪器与试剂

DDS-ⅡA电导率仪1台；铂黑电导电极一支；带有磨口的锥形瓶 (250ml) 11只；50ml酸式滴定管一支；5ml、10ml移液管各一支；超级恒温槽，罗丹明6G，十二烷基硫酸钠 (分析纯)；电导水。

1.2 C12H25SO4Na的CMC的测定 1.2.1电导法及实验步骤

（(1-3)

临界胶束浓度（critical micelle concentration.CMC）即指形成胶束的最低浓度。形成胶束的表面活性剂溶液，由于溶液结构的变化导致溶液的一系列物理化学性质（如渗透压、浊度、光学性质、电导、表面张力等）发生转折性变化。在表面活性剂溶液的性质与浓度的关系曲线上，位于临界胶束浓度处出现转折点。这是测定临界胶束浓度的实验依据。对于一般电解质溶液，其导电能力由电导率L，即电阻的倒数（1/R）来衡量，若所用的电导管

2

电极面积为A，电极间距为l，用此管测定电解溶液电导，则式中：κ是A=1m , l=1m时的电导，称作比电导或电导率，其单位为Ω-1m-1 ；l/k称作电导率常数。电导率和摩尔电导率有下列关系：

Λm=κ/c

Λm为1mol电解质溶液的电导能力，c为电解质溶液的摩尔浓度。

对于离子型表面活性剂溶液，当溶液浓度很稀时，电导的变化规律也和强电解质一样；但当溶液浓度达到临界胶束浓度时，随着胶束的生成，电导率发生改变，摩尔电导急剧下降，

这就是电导法测定CMC的依据。本实验利用电导法测定十二烷基硫酸钠的CMC值。

3

十二烷基硫酸钠经80℃烘干3小时后，并用去离子水准确配制浓度为0.020 mol/dm溶液。在11支容量瓶中分别移取1.25、2.5、5.0、7.5、10.0、12.5、15.0、17.5、20.0、22.5、25.0ml 0.02M十二烷基磺酸钠溶液，分别配制0.001、0.002、0.004、0.006、0.008、0.01、0.012、0.014、0.016、0.018、0.02M的待测溶液，然后分成两组用皮筋扎起后放入30℃恒温槽中恒温15分钟。打开电导率仪开关，将低高周换向开关调向低周，预热15分钟。将电导池常数旋钮调至电导电极标明的数值。校正-测量换向开关调向校正，调节校正旋钮使仪器指针指向满刻度，然后把校正-测量换向开关调向测量档即可开始测量。用电导率仪由低到高的浓度顺序依次测定样品的电导率（注意，在测定每个试样前电导电极必须清洗并擦干）。绘制电导率Λm与浓度的开方c曲线。

1.2.2染料滴定法及实验步骤

利用某些水溶性染料在水溶液中，随着表面活性剂浓度的增加，吸光光谱（或荧光）发生改变，当到达CMC时，则吸收光谱（或荧光）发生突变，染料滴定法就是利用此性质，测定CMC。在相同浓度的染料溶液滴定染料和被侧表面活性剂（离子型）混合液直至染料的颜

（1）

色（或荧光）发生突变即为其终点。

以罗丹明6G为指示剂用测定十二烷基硫酸钠的CMC，取0.020mol/L表面活性剂溶液5ml与等体积的0.01℅罗丹明6G溶液混合，用0.005℅罗丹明6G溶液滴定，如此使罗丹明6G的浓度维持不变（0.005℅，即0.000125），而表面活性剂溶液则不断被稀释，待绿红色荧光转变为无荧光的红色，即为终点。 2．实验结果与讨论 2．1 电导法测定CMC

表1与图1 分别是电导法得到的电导率Λm与浓度的关系。 表1 30℃时浓度和摩尔电导率的关系

浓度（mol/L） 电导率（mΩ/cm） 35.8 70.1 125.8 165.8 196.0 276.0 339.0 359.0 404.0 442.0 465.0 浓度的开方（c） 0.0316 0.0447 0.0632 0.0775 0.0894 0.1000 0.1095 0.1183 0.1265 0.1342 0.1414 摩尔电导率(mΩ•L/(cm• mol)) 35800 35050 31450 27633 24500 27600 28250 25643 25250 24556 23250 （(2-5)）

0.001 0.002 0.004 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018 0.020

Λm–c1/2 关系图400003500030000250002000015000100005000000.020.040.060.080.10.120.140.16

图1 摩尔电导率与浓度的开方的关系曲线

摩尔电导率浓度的开方突变点

图2摩尔电导率与浓度开方的关系曲线拟合

通过图2摩尔电导率与浓度开方的关系曲线拟合，可以得到一个最低点，即两条直线的交点。联立两直线可得到十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度为0.0085mol/L。

2.2 染料滴定法测定CMC

表2 染料法实验数据记录

待测表面活性剂浓度（mol/L）

第一组 0.020

第二组 0.020 20 27.04

第三组 0.020 20 27.12

平均值 0.020 20 27.08

待测表面活性剂20 溶液体积（ml） 溶液颜色突变时去离子水用量（ml）

从表2可以得到，在浓度为

27.10

0.020×20

=0.00849M时，溶液颜色发生了突变，可证明

20+27.08

此点为CMC点。

2．3 两种方法的比较

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。

为了寻求较为可靠的CMC数值作为基准对上述两种实验数据进行比较讨论，我们采用表面张力仪（JK99C型全自动张力仪）对一系列不同浓度的十二烷基硫酸钠溶液进行了表面张力的测定，并且得到一个临界胶束浓度的范围，在0.008M与0.01M之间（图3），然后我们又在这个两个浓度之间配制了一系列不同浓度的溶液进行再次测定，最终在0.0085M与0.0086M

(5-6)

之间测得最小的表面张力。由于该操作方法的仪器误差较小，故可以以此范围作为十二烷基硫酸钠的CMC数值大小的标准参照（图4），则可以认为30℃时十二烷基硫酸钠的CMC的数值就大约是0.0085M。

表面张力与浓度的关系47表面张力（mN/m）46.54645.54544.5789浓度（*10-3mol/L）

图3 表面张力与十二烷基硫酸钠浓度的关系

1011表面张力与浓度的关系45.05表面张力（mN/m）4544.9544.944.8544.88.48.458.58.55-38.68.658.7

浓度（*10mol/L）图4 表面张力与十二烷基硫酸钠浓度的关系

2.4 实验中的偏差分析 用电导法测定CMC，通过分析其实验数据，发现存在一些不与其他临近的点成线性关系的突变点（如图2）。问题可能是由于溶液配制浓度的准确度不高（十二烷基硫酸钠一经摇晃

1/2

极易起泡），影响 作Λm-C 图，从而方程的确定受影响，产生误差。 另外仪器读数存在

（3）

一定的偏差。这些问题在今后的实验中都应更加注意。 3． 结论

染料滴定法简单、易行、灵敏度高，但重现性差，并且在实验初较难选择合适的染料。如果以表面张力仪法测定的CMC为标准，相对染料法，电导法较之可靠。且电导法是经典方法、重现性较好，但它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。

纵上所述，每一种实验方法都有其自身的局限性，对于测定表面活性剂而言，没有什么通用的方法，只有具体问题具体讨论来寻找一种最好的方案。

参考文献

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[6]基础化学实验组 《基础化学实验》 东华大学出版社