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基本原理

在表面活性劑溶液濃度很稀時，溶液的表面張力隨著濃度的增加急劇下降。但當濃度達到一定值時，表面張力就不再降低或者變化很小。還有許多其他的性質，如電導、滲透壓、去污能力等也有類似的規律。研究表明，表面活性劑溶液的濃度超過一定值后，表面活性劑分子或離子就可形成聚集體，這種聚集體稱為膠團。溶液性質發生突變的濃度稱為臨界膠團濃度（CMC）。臨界膠團濃度是表面活性劑活性大小的重要指標。

表面活性劑CMC的數值，原則上可利用表面活性劑溶液在臨界膠團濃度時溶液物理化學性質的突變來進行測定。但是由于各種性質隨濃度的變化率不同，溶液性質本身的差異以及測定方法的難易繁簡，因此各種方法的實用性也不一樣。

這個實驗是利用滴體積法測定各種不同濃度表面活性劑溶液的表面張力，并通過表面張力和濃度的對數圖來求CMC，即求出圖上的曲線轉折點的濃度，這是一種用得為普遍的方法。

滴體積法是一種簡單易行，數據接近平衡值的表面張力測定方法，其基本原理是當液體在管口成滴落下時，落滴的大小與管口半徑及液體表面張力有關。

mg=2pRs （12-5）

式中：m為落滴的質量;g為重力加速度;R為管口半徑;s為液體的表面張力。

此式表示沿管口周邊作用的表面張力支持液體懸掛，表面張力與重力方向正好相反，當液滴所受重力超過表面張力無限小量時，即可全部自管口脫落。

但是由于液滴形狀的變化以及不滴落，上式必須經過校正后才能使用。

mg=f·2pR·s （12-6）

或

（12-7）

校正因子f是毛細管半徑和液滴體積的函數，

（12-8）

f值可自文獻查得。因此在測定液體的表面張力時，可測定在已知半徑毛細管滴頭上滴下的每滴液體的體積，求出值，并查表得出校正因f，再根據液體的密度求出m，然后按（12-7）式計算s。

儀器和試劑

① 滴體積法表面張力測定裝置一套，如圖12-2所示。其中包括大試管一支，帶刻度的毛細管一支及微量擠出器一只，玻璃缸恒溫槽一套。

帶刻度的毛細管可用一支0.2mL的小泡，再將下口燒成內徑約0.2~0.4mm，外徑約2~7mm的毛細管，其長約1cm，燒制時注意盡量少使刻度部分受熱。然后將下口用細金鋼砂作為磨料在平板玻璃上磨成周邊平整的斷面，要求平整光滑、無破口。再用讀數顯微鏡測定R值，要求至少至0.001cm。凡被測液能潤濕玻璃者，R用外半徑，若被測液不潤濕玻璃表面，則用內徑值。本實驗測定Triton X-100水溶液的表面張力，R應用外半徑值。

微量擠出器由一支2mL針筒和一支千分測微頭所組成，并預先將它們固定在支架上，當推進測微頭時，針筒就緩慢地向前推出，用橡皮管將它和毛細管聯結在一起，就可能按照實驗要求液體從毛細管中慢慢地擠出來。

② Triton X-100（C8H17C6H4O（C2H4O）nH, n平均值約為10。它是一種非離子型表面活性劑，溶液濃度在1×10-3~1×10-5mol/L之間，實驗需8種不同濃度的溶液。

操作步驟

① 認真仔細地清洗表面張力測定儀中的試管、毛細管部分（儀器是否清洗干凈，對測定結果有很大影響），并按圖12-2安裝。

② 取一種濃度的溶液約15mL注入試管中，測定其表面張力。

③ 調節恒溫槽溫度至測定所需溫度（如25℃），并待測液體的溫度恒定。

④ 將毛細管向下浸入液體中，然后調節微量擠出器，使千分測微頭向后退出，以便使液體吸入毛細管，待液體吸至毛細管刻度高點時停止，提起毛細管，使毛細管下口和液面保持一定距離，以便讓溶液能自由滴落。

⑤ 推進測微頭，使溶液從毛細管下口滴出一滴后再將測微頭向后退，直至滴頭外殘留的溶液剛好全部被吸入到毛細管中為止，記下毛細管上部液面的刻度。

⑥ 緩慢推進測微頭，讓溶液液滴在滴頭外慢慢長大，在液滴成長至足夠大且即將滴落時（此時擠出的液體約為一滴液滴體積的90%），讓液滴靜置、懸掛10min左右，以使表面吸附盡可能接近平衡，并防止擠壓的沖力對液滴的擾動。

⑦ 再以極慢的速度推進測微頭，使液滴滴下。然后再退回測微頭直至滴頭外殘留的溶液全部吸入毛細管中，記下毛細管上部液面的刻度，二次刻度的差值即為一滴液體的體積。在測量時可進一步對移液管的刻度進行校正。

⑧ 再按同法滴出一滴液體，其體積值應非常接近。

⑨ 在試管中換入其他溶液，按同法逐一測量每一種溶液的滴體積。

數據記錄和結果處理

① 將實驗數據記錄于下表。

實驗記錄內容

實驗溫度： 毛細管下口半徑：

濃度/（mol/L）lgc液滴體積校正因子f表面張力

② 以lgc對σ作圖，求出曲線上的轉折點。

③ 求出Triton X-100的CMC值。