最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力課件

1、最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力一、實驗?zāi)康?測定不同濃度正丁醇溶液的表面張力，計算吸附量與濃度的關(guān)系。加深對表面張力、表面自由能、表面張力和吸附量關(guān)系的理解。2掌握一種測定表面張力的方法最大氣泡法。二、基本原理由于表面層分子比溶液內(nèi)部分子有較大的位能（表面自由能），所以，在等溫等壓組成不變的條件下，欲使液體表面積增加S，所消耗的可逆功W為： W=G=S （1）式中： G為單位表面自由能 （J m-2）; 為表面張力（N m-1），液體單位表面自由能和它的表面張力在數(shù)值上是相等的。液體表面張力的大小與液體的種類、與其共存的另一相的性質(zhì)以及溫度、壓力等因素有關(guān)?？s小表面積和降低表面張力，都可以降

2、低系統(tǒng)的自由能。純液體用縮小其表面積來降低系統(tǒng)的自由能，而溶液是調(diào)節(jié)溶質(zhì)在表面層濃度來促使系統(tǒng)自由能的降低。我們把溶質(zhì)在表面層中與在本體溶液中濃度不同的現(xiàn)象稱為溶液的表面吸附。在一定的溫度和壓力下，溶液表面吸附溶質(zhì)的量與溶液的表面張力和加入的溶質(zhì)量之間的關(guān)系可用吉布斯（Gibbs）公式表示： （2）式中：為吸附量（molm-2）; 為表面張力（N m-1）;T為絕對溫度（K）；c為溶液濃度（molL-1）；R為氣體常數(shù)（8.314 JK-1 mol-1）。表示在一定溫度下表面張力隨溶液濃度而改變的變化率。從（2）式可以看出，只要測定溶液的濃度和表面張力，就可以求得各種不同濃度下溶液的吸附量。

3、在本實驗中，溶液的表面張力測定是應(yīng)用最大氣泡壓力法，其實驗裝置如圖下所示。 將待測溶液裝入樣品管中，使毛細(xì)管的端面與液面相切液面即沿毛細(xì)管上升。打開滴液瓶活塞緩慢放水（抽氣），則樣品管中的空氣體積增大，壓力逐漸減小，毛細(xì)管中液面上所受的壓力大于樣品管液面上的壓力，此時毛細(xì)管中的液體就會被壓至管口，并形成氣泡。最大氣泡壓力法的實驗裝置圖 顯然，在氣泡形成過程中，氣泡半徑由大變小，再由小變大（如下圖中(a)、(b)、(c)所示），所以壓力差 p則由小變大，然后再由大變小。當(dāng)氣泡半徑r等于毛細(xì)管半徑R時，壓力差達(dá)到最大值 pmax。壓力差一般由精密數(shù)字壓力計讀出。氣泡形成過程中其半徑的變化情況示意圖

4、返回 設(shè)毛細(xì)管半徑為r ，氣泡由毛細(xì)管口逸出時受到向下總作用力為r2 P最大 。其中P最大 = P大氣P系統(tǒng)氣泡在毛細(xì)管口受到表面張力引起的作用力為： 2r。當(dāng)氣泡逸出時，上述兩壓力相等，即： r2 P最大 = 2r 若將表面張力為1、2的兩種液體采用同一毛細(xì)管和壓力計，分別測定其最大壓力差，則有： （1）則： （2）其中 為毛細(xì)管常數(shù)K值可以通過測定已知表面張力的物質(zhì)求得（本實驗用重蒸餾水作為標(biāo)準(zhǔn)，25時，水= 0.07197 N m-1）。根據(jù)（2）式可以求出其它液體的表面張力2 。預(yù)習(xí)問題1.為什么要測毛細(xì)管常數(shù)？2.氣泡形成過程中其半徑的變化情況示意圖中，p最大由大到小的排列順序如何？

5、三、儀器和藥品（講義P101）：四、操作步驟 1. 預(yù)壓及氣密性檢驗緩慢加壓至一定壓力，觀察數(shù)字壓力計顯示值變化情況，若1分鐘內(nèi)顯示值穩(wěn)定，說明系統(tǒng)無泄露。確認(rèn)無泄露后，泄壓至零，并反復(fù)預(yù)壓23次，方可正式測試。2. 儀器常數(shù)的測定（1）調(diào)節(jié)恒溫槽的溫度至250.05。（2）仔細(xì)洗凈樣品管和毛細(xì)管，然后在滴液瓶中裝滿水。在樣品管中加入適量的重蒸餾水，使水面與毛細(xì)管端面相切。將樣品管恒溫10分鐘。注意毛細(xì)管必須與液面垂直。（3）松開與通大氣玻璃管相連接的橡膠管，使系統(tǒng)與大氣相同，按下數(shù)字壓力計的“采零”鍵，對數(shù)字壓力計采零，此時，壓力計顯示為0（將大氣壓參考為0）。再將通大氣玻璃管密封?？砂磾?shù)字

6、壓力計的“單位”鍵來選擇適合實驗的壓力單位。（4）打開滴液瓶活塞進(jìn)行緩慢抽氣，使氣泡從毛細(xì)管口逸出。調(diào)節(jié)氣泡逸出速度不超過20個/ min，讀出壓力計所顯示最大壓力差數(shù)值，重復(fù)三次，取其平均值，即為P最大1。（若壓力計顯示最大數(shù)值不穩(wěn)，須檢查：毛細(xì)管是否洗凈干燥；系統(tǒng)密閉性能是否良好；真空膠管內(nèi)是否有水汽或污物竄入。）3. 測定各濃度下正丁醇的表面張力松開通大氣玻璃管，再樣品管中換入以配置好的正丁醇水溶液，重復(fù)步驟（3）、（4），得到P最大2（注意：須從稀到濃依次進(jìn)行，每次測量前必須用少量被測液洗滌樣品管，尤其是毛細(xì)管部分，確保毛細(xì)管內(nèi)外溶液的濃度一致）。五、數(shù)據(jù)記錄和處理室溫： 大氣壓： k

7、Pa 恒溫槽溫度： 1.儀器常數(shù)測定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)N m-1數(shù)字壓力計讀數(shù)P最大kPa壓力差平均值kPa儀器常數(shù)K123重蒸餾水2.不同濃度正丁醇溶液的最大壓力差、表面張力和濃度，作 c關(guān)系曲線樣品濃度%P最大/ kPa壓力差平均值kPaN m-1123123456783.在 C曲線上任取810個點，分別作出切線，求得其Z值，根據(jù) 式計算各濃度下的吸附量，并畫出C的關(guān)系圖。濃度C %Z/ molm-2C1C2C3C4C5C6C7C8附錄 1. 由斜率求算吸附量的方法如圖19-3所示，在 c圖上任找一點o, 過o點作切線ab，此曲線的斜率為：而所以 2. 不同溫度下水的表面張力為：溫 度/ 20 25 30 35表面張力 103 /N m-1 72.75 71.97 71.18 70.38 c圖六、注意事項 1.測定用的毛細(xì)管一定要干凈，否則氣泡不能連續(xù)穩(wěn)定地逸出，使壓力計的讀數(shù)不穩(wěn)，且影響溶液的表面張力。2.毛細(xì)管一定要保持垂直，管口端面剛好與液面相切。3.讀取壓力差時，應(yīng)取氣泡單個逸出時的最大值