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基本原理

在表面活性劑溶液濃度很稀時(shí)，溶液的表面張力隨著濃度的增加急劇下降。但當(dāng)濃度達(dá)到一定值時(shí)，表面張力就不再降低或者變化很小。還有許多其他的性質(zhì)，如電導(dǎo)、滲透壓、去污能力等也有類似的規(guī)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(tuán)。溶液性質(zhì)發(fā)生突變的濃度稱為臨界膠團(tuán)濃度（CMC）。臨界膠團(tuán)濃度是表面活性劑活性大小的重要指標(biāo)。

表面活性劑CMC的數(shù)值，原則上可利用表面活性劑溶液在臨界膠團(tuán)濃度時(shí)溶液物理化學(xué)性質(zhì)的突變來進(jìn)行測定。但是由于各種性質(zhì)隨濃度的變化率不同，溶液性質(zhì)本身的差異以及測定方法的難易繁簡，因此各種方法的實(shí)用性也不一樣。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shù)圖來求CMC，即求出圖上的曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)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(shù)據(jù)接近平衡值的表面張力測定方法，其基本原理是當(dāng)液體在管口成滴落下時(shí)，落滴的大小與管口半徑及液體表面張力有關(guān)。

mg=2pRs （12-5）

式中：m為落滴的質(zhì)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(dāng)液滴所受重力超過表面張力無限小量時(shí)，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(jīng)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(xì)管半徑和液滴體積的函數(shù)，

（12-8）

f值可自文獻(xiàn)查得。因此在測定液體的表面張力時(shí)，可測定在已知半徑毛細(xì)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(jù)液體的密度求出m，然后按（12-7）式計(jì)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(xì)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(xì)管可用一支0.2mL的小泡，再將下口燒成內(nèi)徑約0.2~0.4mm，外徑約2~7mm的毛細(xì)管，其長約1cm，燒制時(shí)注意盡量少使刻度部分受熱。然后將下口用細(xì)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(shù)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(nèi)徑值。本實(shí)驗(yàn)測定Triton X-100水溶液的表面張力，R應(yīng)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(yù)先將它們固定在支架上，當(dāng)推進(jìn)測微頭時(shí)，針筒就緩慢地向前推出，用橡皮管將它和毛細(xì)管聯(lián)結(jié)在一起，就可能按照實(shí)驗(yàn)要求液體從毛細(xì)管中慢慢地?cái)D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(shí)驗(yàn)需8種不同濃度的溶液。

操作步驟

① 認(rèn)真仔細(xì)地清洗表面張力測定儀中的試管、毛細(xì)管部分（儀器是否清洗干凈，對測定結(jié)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(diào)節(jié)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(xì)管向下浸入液體中，然后調(diào)節(jié)微量擠出器，使千分測微頭向后退出，以便使液體吸入毛細(xì)管，待液體吸至毛細(xì)管刻度高點(diǎn)時(shí)停止，提起毛細(xì)管，使毛細(xì)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(jìn)測微頭，使溶液從毛細(xì)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(xì)管中為止，記下毛細(xì)管上部液面的刻度。

⑥ 緩慢推進(jìn)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(shí)（此時(shí)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(jìn)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(xì)管中，記下毛細(xì)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(shí)可進(jìn)一步對移液管的刻度進(jìn)行校正。

⑧ 再按同法滴出一滴液體，其體積值應(yīng)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(shù)據(jù)記錄和結(jié)果處理

① 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄于下表。

實(shí)驗(yàn)記錄內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)溫度： 毛細(xì)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(zhuǎn)折點(diǎn)。

③ 求出Triton X-100的CMC值。