Robert Maniura

Sprawozdanie z ćwiczenia nr B-15: Krytyczne stężenie powstawania miceli.

1. Wstęp teoretyczny:

Micela zbudowana jest z jądra utworzonego z cząsteczek fazy rozproszonej oraz podwójnej warstwy elektrycznej. W skład podwójnej warstwy elektrycznej wchodzi:

• warstwa adsorpcyjna- trwale związana z jądrem, utworzona z jonów fazy rozpraszającej;

• warstwa dyfuzyjna.

Małocząsteczkowe związki powierzchniowo - czynne w roztworach rozcieńczonych występują w postaci pojedynczych cząsteczek. Jeżeli stężenie tych substancji wzrasta wówczas przy określonym stężeniu cząsteczki asocjują ze sobą i powstają cząstki koloidalne - micele.

Stężenie, przy którym na skutek tworzenia się agregatów, ulegają zmianie właściwości fizyczne nazywa się krytycznym stężeniem powstawania miceli CMC.

Do wyznaczenia CMC wykorzystuje się fizyczne właściwości związków powierzchniowo - czynnych, stanowiące funkcję stężenia zmieniającą się po pojawieniu się miceli w sposób mniej lub bardziej skokowy.

Zmierzone właściwości przedstawia się graficznie jako funkcję stężenia i znajduje się przez ekstrapolację przecięcia krzywych przebiegających poniżej i powyżej CMC.

Stosowaną w ćwiczeniu metodą do wyznaczenia CMC jest metoda konduktometryczna polegająca na pomiarze przewodnictwa.

Związki powierzchniowo - czynne dysocjują w roztworze wodnym i zachowują się jak mocne elektrolity. Gdy pojedyncze cząsteczki łączą się w zespoły, część przeciwjonów zostaje bezpośrednio związana z naładowaną micelą w warstwie adsorpcyjnej co powoduje zmniejszenie przewodnictwa elektrycznego.

Powyżej wartości CMC przewodnictwo równoważnikowe maleje ze wzrostem stężenia stromo, natomiast po przekroczeniu CMC maleje łagodnie.

3. Opracowanie wyników:

Pomiaru przewodnictwa roztworów laurynianu sodu dokonane zostało za pomocą konduktometru. Na początku zmierzone zostało przewodnictwo wzorcowych roztworów KCl w celu wyznaczenia stałej naczyńka konduktometrycznego k:

gdzie: k - stała naczyńka; σ_KCl  tablicowa wartość przewodnictwa właściwego roztworu KCl o znanym stężeniu [1/(*cm)];  _mierzone - wartość przewodnictwa roztworu KCl mierzona konduktometrem [1/(*cm)].

L.p.	Stężenie roztworu wzorcowego KCl [mol/dm^3]	Przewodnictwo właściwe roztworów KCl (zmierzone) w 21 ^oC [1/(Ω*cm)] lub [S/cm]	Przewodnictwo właściwe KCl (tablicowe) [1/(Ω*cm)] lub [S/cm]	Wartość stałej naczyńka k
1	0,1	0,0192	0,01213	0,6318
2	0,01	0,0021	0,001329	0,6328

Wartość średnia stałej naczyńka k= 0,6323 [cm^-1]

Przewodnictwo właściwe roztworów laurynianu sodu wynosi:

gdzie k - stała naczyńka;  - przewodnictwo właściwe [1/(*cm)];  - wartość przewodnictwa roztworu laurynianu mierzona konduktometrem [1/(*cm)].

L.p.	Roztwór laurynianu sodu	Przewodnictwo mierzone [1/(*cm)] lub [S/cm]	Przewodnictwo właściwe roztworu laurynianu [1/(*cm)] lub [S/cm]
1	wyjściowy	9,30*10^-4	5,88*10^-4
2	A	6,30*10^-4	3,98*10^-4
3	B	5,10*10^-4	3,22*10^-4
4	C	4,20*10^-4	2,66*10^-4
5	D	3,55*10^-4	2,24*10^-4
6	E	2,70*10^-4	1,71*10^-4
7	F	1,12*10^-4	7,08*10^-5
8	G	9,20*10^-4	5,82*10^-5
9	H	5,30*10^-4	3,35*10^-5
10	I	3,20*10^-4	2,02*10^-5

Przewodnictwa równoważnikowe roztworów laurynianu sodu wynosi:

gdzie:  - przewodnictwo równoważnikowe [^-1*cm²*mol^-1];  - przewodnictwo właściwe [^-1*cm^-1]; c_r - stężenie roztworu [mol/ dm³].

L.p.	Roztwór laurynianu sodu	Stężenie [mol/dm^3]	Pierwiastek ze stężenia	Przewodnictwo właściwe roztworu laurynianu sodu [Ω^-1*cm^-1]	Przewodnictwo równoważnikowe roztworu laurynianu sodu [Ω^-1*cm^2*mol^-1] lub [S*cm^2*mol^-1]
1	Wyjściowy	1,20*10^-2	1,10*10^-1	5,88*10^-4	49,00
2	A	9,60*10^-3	9,80*10^-2	3,98*10^-4	41,50
3	B	4,80*10^-3	6,93*10^-2	3,22*10^-4	67,18
4	C	2,40*10^-3	4,90*10^-2	2,66*10^-4	110,65
5	D	1,20*10^-3	3,46*10^-2	2,24*10^-4	187,06
6	E	6,00*10^-^4	2,45*10^-2	1,71*10^-4	284,54
7	F	3,00*10^-4	1,73*10^-2	7,08*10^-5	236,06
8	G	1,50*10^-4	1,22*10^-2	5,82*10^-5	387,82
9	H	7,50*10^-5	8,66*10^-3	3,35*10^-5	446,84
10	I	3,75*10^-5	6,12*10^-3	2,02*10^-5	539,57

Krytyczne stężenie powstawania miceli:

• obliczone na podstawie równań prostych z wykresu zależności przewodnictwa właściwego od stężenia dla roztworu laurynianu sodu:

po dokonaniu odpowiednich przeliczeń takiego układu równań otrzymuję:

• obliczone na podstawie równań prostych z wykresu zależności przewodnictwa równoważnikowego od pierwiastka ze stężenia dla roztworu laurynianu sodu:

po dokonaniu odpowiednich przeliczeń takiego układu równań otrzymuję:

4. Wnioski:

Do wyznaczenia krytycznego stężenia powstawania miceli CMC wykorzystuje się pewne właściwości fizyczne związków powierzchniowo - czynnych, które stanowią funkcję stężenia i zmieniają się w sposób mniej lub bardziej skokowy. Laurynian sodu CH₃(CH₂)₁₀COONa należy do takich związków. W roztworze wodnym dysocjuje i zachowuje się jak silny elektrolit. Podczas zwiększania stężenia roztworu przy określonym stężeniu nastąpił skok przewodnictwa. Stężenie przy którym nastąpił skok przewodnictwa jest krytycznym stężeniem powstawania miceli - w tym momencie tworzą się cząstki koloidalne. Pojedyncze cząsteczki połączyły się w zespoły i część przeciwjonów została bezpośrednio związana z naładowaną micelą w warstwę absorpcyjną. Wykres zależności przewodnictwa właściwego od stężenia pokazuje, że w obszarze niskich stężeń następuje bardzo szybki wzrost przewodnictwa właściwego, a w obszarze wysokich stężeń wzrost przewodnictwa jest łagodniejszy. Z wykresu zależności przewodnictwa równoważnikowego od pierwiastka ze stężenia widać, że ze wzrostem stężenia maleje przewodnictwo równoważnikowe w niskich stężeniach spadek jest stromy, a w wysokich łagodny. Wyznaczone w ćwiczeniu krytyczne stężenie powstawania miceli CMC wynosi 8,27*10^-4 [mol/dm³].

1

---