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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(guò)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(lái)進(jìn)行測(cè)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(cè)定方法的難易繁簡(jiǎn),，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(cè)定各種不同濃度表面活性劑溶液的表面張力,，并通過(guò)表面張力和濃度的對(duì)數(shù)圖來(lái)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(jiǎn)單易行,，數(shù)據(jù)接近平衡值的表面張力測(cè)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(guò)表面張力無(wú)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(guò)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(cè)定液體的表面張力時(shí),，可測(cè)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(cè)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(zhǎng)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(wú)破口,。再用讀數(shù)顯微鏡測(cè)定R值,，要求至少至0.001cm。凡被測(cè)液能潤(rùn)濕玻璃者,，R用外半徑,，若被測(cè)液不潤(rùn)濕玻璃表面，則用內(nèi)徑值,。本實(shí)驗(yàn)測(cè)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(cè)微頭所組成,，并預(yù)先將它們固定在支架上，當(dāng)推進(jìn)測(cè)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(lái),。

    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,。

1. 帶刻度的毛細(xì)管  2. 大試管  3. 針筒

4. 千分測(cè)微頭  5. 恒溫槽

滴體積法表面張力測(cè)定裝置

  操作步驟

    ① 認(rèn)真仔細(xì)地清洗表面張力測(cè)定儀中的試管,、毛細(xì)管部分（儀器是否清洗干凈，對(duì)測(cè)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(cè)定其表面張力,。

    ③ 調(diào)節(jié)恒溫槽溫度至測(cè)定所需溫度（如25℃），并待測(cè)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(cè)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(cè)微頭,，使溶液從毛細(xì)管下口滴出一滴后再將測(cè)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(cè)微頭,，讓溶液液滴在滴頭外慢慢長(zhǎng)大,，在液滴成長(zhǎng)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(duì)液滴的擾動(dòng)。

    ⑦ 再以極慢的速度推進(jìn)測(cè)微頭,，使液滴滴下,。然后再退回測(cè)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(cè)量時(shí)可進(jìn)一步對(duì)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(cè)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：     

  ② 以lgc對(duì)σ作圖，求出曲線上的轉(zhuǎn)折點(diǎn),。

  ③ 求出Triton X-100的CMC值,。