實驗六溶液表面張力的測定

實驗六溶液表面張力的測定第1頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月一、目的要求

1.測定不同濃度乙醇水溶液的表面張力,計算表面吸附量和乙醇分子的橫截面積。

2.了解表面張力的性質(zhì),表面自由能的意義以及表面張力和吸附的關(guān)系。第2頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月二、基本原理

1.表面自由能

物體表面分子和內(nèi)部分子所處的境遇不同，表面層分子受到向內(nèi)的拉力，所以液體表面都有自動縮小的趨勢。如果把一個分子由內(nèi)部遷移到表面，就需要對抗拉力而做功。在溫度、壓力和組成都恒定時，可逆地使表面增加ΔA所需對體系做的功，叫表面功，可表示為：

W=gΔA=ΔGg稱為表面自由能，單位為J/m2。若把g看作為作用在界面上每單位長度邊緣上的力，通常稱為表面張力。

第3頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.溶液的表面吸附

（2）吉布斯吸附方程:根據(jù)能量最低原則,溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力時,表面層溶質(zhì)的濃度比溶液內(nèi)部大;反之,溶質(zhì)使溶劑的表面張力升高時,表面層中的濃度比內(nèi)部的低。這種表面濃度與溶液內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象叫做溶液的表面吸附。（1）表面吸附:第4頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月稱為負(fù)吸附;

稱為正吸附;

溶液濃度較低時，可用濃度來代替活度Γ為表面吸附量(單位:mol·m-2);T為熱力學(xué)溫度(單位:K);C為稀溶液濃度(單位:mol·m-3);R為氣體常數(shù)。第5頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月

乙醇是表面活性物質(zhì),能降低溶劑的表面張力,它們在水溶液表面的排列情況隨濃度不同而異:當(dāng)濃度小時,分子可以平躺在表面上;濃度增大時,分子的極性基團(tuán)取向溶劑內(nèi)部,而非極性基團(tuán)基本上取向空間;當(dāng)濃度增大到一定程度時,溶質(zhì)分子占據(jù)了所有表面,就形成飽和吸附層。

第6頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月在g-C曲線上任選一點i作切線,即可得該點所對應(yīng)濃度Ci

的斜率，再由上式可求得不同濃度下的Γ值。第7頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月式中:?！奘秋柡臀搅?，K是常數(shù)，將上式取倒數(shù)可得:3.飽和吸附與溶質(zhì)分子的橫截面積在一定的溫度下，吸附量與溶液濃度之間的關(guān)系由Langmuir等溫式表示：作(C/Γ)-C圖,直線斜率的倒數(shù)即為?！?。第8頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月如果以N代表1m2表面層的分子數(shù)，則:式中,NA為Avogadro常數(shù)，則每個分子的截面積A為:第9頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月4.測定表面張力的方法測定液體表面張力的方法很多，如最大泡壓法法、吊環(huán)法。（1）最大泡壓法第10頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)毛細(xì)管的下端端面與被測液體液面相切時，液體即沿毛細(xì)管上升。打開抽氣瓶（滴液漏斗）的活塞進(jìn)行緩慢放水抽氣，此時測定管中的壓力逐漸減小，由于毛細(xì)管內(nèi)液面上所受的壓力（）大于測定管中液面上的壓力（），故毛細(xì)管內(nèi)的液面逐漸下降，并從毛細(xì)管管端緩慢地逸出氣泡。在氣泡形成過程中，由于表面張力的作用，凹液面產(chǎn)生了一個指向液面外的附加壓力，因此有下述關(guān)系：第11頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月附加壓力和溶液的表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑成反比，其關(guān)系式為

若毛細(xì)管管徑較小，則形成的氣泡可視為是球形的。氣泡剛形成時，由于表面幾乎是平的，所以曲率半徑極大；當(dāng)氣泡形成半球形時，曲率半徑等于毛細(xì)管管徑，此時值曲率半徑為最??；隨著氣泡的進(jìn)一步增大，曲率半徑又趨增大，直至逸出液面。第12頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月在實驗中，若使用同一支毛細(xì)管，則K’為毛細(xì)管常數(shù)。在本實驗中，用已知表面張力的水作為標(biāo)準(zhǔn)，求出儀器常數(shù)的值。然后只要用這一儀器測得其它液體的值，通過上式計算，即可求得各種液體的表面張力。

第13頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月三、實驗步驟

1.配置不同濃度的乙醇-水溶液60-70ml：濃度參考：3%,6%,10%,15%,20%,25%,40%

配置方法：稱重法洗凈烘干50ml碘量瓶，放到分析天平上稱重后，歸零。用量筒量Xml乙醇于碘量瓶中，稱重W1。再用另一個量筒量Yml純水于碘量瓶中，稱重W2。計算溶液的準(zhǔn)確濃度為(W1/W2)×100%配好后蓋緊塞子，以防揮發(fā)。第14頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月2.測不同溶液的密度測定7種濃度的乙醇溶液和純乙醇的密度平行測定兩次計算公式

3.測定純水、7種乙醇溶液的表面張力第15頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月1）最大泡壓法1、樣品管中裝入蒸餾水，使液面與毛細(xì)管端面相切，注意保持毛細(xì)管與液面垂直。2、打開抽氣瓶活塞，讓水緩慢流下，使毛細(xì)管中氣泡逸出速度為5—10秒/個，壓差為700-800Pa之間。記錄壓力計最大值，讀數(shù)三次，求出平均值。3、同法從稀到濃測定乙醇水溶液的P最大值。第16頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月2）吊環(huán)法1、立即計算溶液的密度。2、每次測定前，少量潤洗測量杯，輸入待測樣品的密度，空氣密度，環(huán)半徑。3.開動儀器，測定溶液的表面張力。第17頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月四、數(shù)據(jù)處理1.由W%換算成c。2.根據(jù)測定的各份溶液的表面張力

g,并作

g~c曲線,求得曲線方程。3.在g~c曲線上取十個點，作切線求斜率，并且?guī)敫鳚舛戎担嬎阍诟飨鄳?yīng)濃度下的Γ。

4.用c/Γ對c作圖，應(yīng)得一條直線，由直線斜率求出

Γ∞。5.計算乙醇分子的橫截面積A.第18頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月注意事