實(shí)驗(yàn)二十六溶液表面張力的測(cè)定課件

物理化學(xué)教研室2015.7.30實(shí)驗(yàn)二十六

溶液表面張力的測(cè)定物理化學(xué)教研室實(shí)驗(yàn)二十六

溶液表面張力的測(cè)定一、目的要求1.掌握最大泡壓法測(cè)定表面張力的原理，了解影響表面張力測(cè)定的因素；2.

測(cè)定不同濃度正丁醇溶液的表面張力，計(jì)算吸附量，由表面張力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求分子的截面積及吸附層的厚度。一、目的要求1.掌握最大泡壓法測(cè)定表面張力的原理，了二、實(shí)驗(yàn)原理1.表面張力

在液體內(nèi)部，任一分子受四周分子的吸引力是平衡的，但液體表面層的分子卻要受到向內(nèi)的拉力。二、實(shí)驗(yàn)原理1.表面張力在液體二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理因此要使液體的表面積增大，就必須反抗分子向內(nèi)的拉力而做功，說(shuō)明了分子在表面層內(nèi)比在液體內(nèi)部有較大的勢(shì)能，這勢(shì)能就是表面自由能。dGT,p＝-δw′＝σdA

式中σ為比例常數(shù)，其物理意義：在恒溫恒壓組成不變的條件下，增加單位表面積時(shí)引起體系自由能的增加值，因此σ稱(chēng)為比表面自二、實(shí)驗(yàn)原理因此要使液體的表面積增大，就二、實(shí)驗(yàn)原理由能，其量綱為J·m-2,σ還可稱(chēng)為表面張力，其物理意義：沿著與表面相切的方向，垂直作用于表面單位長(zhǎng)度上的力。

2.溶液的表面吸附表面吸附：表面層與體相濃度不相同的現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)原理由能，其量綱為J·m-2,σ還可稱(chēng)為表面張非表面活性物質(zhì)表面活性物質(zhì)二、實(shí)驗(yàn)原理非表面活性物質(zhì)表面活性物質(zhì)二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理σ二、實(shí)驗(yàn)原理σ二、實(shí)驗(yàn)原理用圖解法計(jì)算溶液的吸附量。a點(diǎn)的斜率為：以不同的濃度對(duì)其相應(yīng)的Г可作出曲線(xiàn)，Г＝f(C)稱(chēng)為吸附等溫線(xiàn)。二、實(shí)驗(yàn)原理用圖解法計(jì)算溶液的吸附量。a點(diǎn)的斜率為二、實(shí)驗(yàn)原理3.最大吸附量

Г∞

在一定溫度下，體系在平衡狀態(tài)時(shí)，吸附量Γ和濃度c之間的關(guān)系可用Langmuir單分子層吸附等溫式來(lái)表示：K:經(jīng)驗(yàn)常數(shù)將上式整理得：以c/Г對(duì)c作圖可得一條直線(xiàn)，斜率的倒數(shù)為Г∞二、實(shí)驗(yàn)原理3.最大吸附量Г∞在一定二、實(shí)驗(yàn)原理4.溶質(zhì)分子的截面積S0

上式中：Г∞為飽和吸附量；L為阿佛伽德羅常數(shù)5.吸附層厚度δ

上式中：ρ為溶質(zhì)的密度；M為溶質(zhì)的分子量二、實(shí)驗(yàn)原理4.溶質(zhì)分子的截面積S0上式中：二、實(shí)驗(yàn)原理6.最大泡壓法(1)當(dāng)玻璃毛細(xì)管一端與液體接觸，并往毛細(xì)管內(nèi)加壓時(shí)，可以在液面的毛細(xì)管口處形成氣泡。(2)設(shè)氣泡在形成過(guò)程中始終保持球形，則氣泡內(nèi)外的壓力差?p(即施加于氣泡的附加壓力ps)與氣泡的半徑r、液體表面張力σ之間的關(guān)系可由拉普拉斯公式表示：二、實(shí)驗(yàn)原理6.最大泡壓法(1)當(dāng)玻璃毛細(xì)管一端與液二、實(shí)驗(yàn)原理任意區(qū)域表面張力合力?p=0,p內(nèi)=p外平面

p外p內(nèi)凸液面受到指向液體內(nèi)部的合力

pp內(nèi)>p外凸面

p外p內(nèi)

pp附加壓力

ps=p，

ps=

p內(nèi)

－p外

二、實(shí)驗(yàn)原理任意區(qū)域平面p外p內(nèi)凸液面受到指向液體內(nèi)二、實(shí)驗(yàn)原理凹液面受到指向液體外部的合力

p，

p內(nèi)<

p外凹面

p內(nèi)pp外p附加壓力

ps

=

p外

-p內(nèi)

二、實(shí)驗(yàn)原理凹液面受到指向液體外部的合力p，凹面二、實(shí)驗(yàn)原理

顯然，在氣泡形成過(guò)程中，氣泡半徑r由大變小，再由小變大，而壓力差Δp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(shí)，壓力差達(dá)到最大值Δpmax。二、實(shí)驗(yàn)原理顯然，在氣泡形成過(guò)程中，氣泡二、實(shí)驗(yàn)原理(3)通過(guò)測(cè)定r和?pmax，可求得液體的表面張力。

(4)由于毛細(xì)管的半徑R較小，直接測(cè)量誤差較大。通常用一已知表面張力的液體(如水、甘油等)作為參考液體，在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)得相應(yīng)最大壓力差為?pmax,0。本實(shí)驗(yàn)中選擇蒸餾水作為參考物。r=R時(shí)，K'為儀器常數(shù)二、實(shí)驗(yàn)原理(3)通過(guò)測(cè)定r和?pmax，可求得液體的1.儀器準(zhǔn)備與檢漏三、實(shí)驗(yàn)步驟(1)將表面張力儀容器和毛細(xì)管洗凈、烘干。(2)用移液管移取50mL蒸餾水注入表面張力儀中，使液面稍高于毛細(xì)管末端，剩余的蒸餾水放入作為接收器的100mL燒杯中，抽氣調(diào)

節(jié)液面與毛細(xì)管末端相切。(3)氣密性檢查：打開(kāi)抽氣瓶活塞，使體系內(nèi)的壓力降低，精密數(shù)字壓差計(jì)顯示一定數(shù)字時(shí)，關(guān)閉抽氣瓶活塞，若2~3min內(nèi)，壓差不變，則說(shuō)明體系不漏氣。1.儀器準(zhǔn)備與檢漏三、實(shí)驗(yàn)步驟(1)將表面張力儀容器2.毛細(xì)管常數(shù)K的測(cè)定首先要選定氣壓計(jì)的零點(diǎn)。kPa開(kāi)關(guān)鍵三、實(shí)驗(yàn)步驟2.毛細(xì)管常數(shù)K的測(cè)定首先要選定氣壓計(jì)的零點(diǎn)。kPa開(kāi)關(guān)鍵三、實(shí)驗(yàn)步驟打開(kāi)抽氣瓶活塞，調(diào)節(jié)抽氣速度，使氣泡由毛細(xì)管尖端成單泡、均勻地逸出(每分鐘4-6個(gè)氣泡)。當(dāng)氣泡剛脫離毛細(xì)管端的一瞬間，精密數(shù)字壓差計(jì)顯示壓差約為500-800Pa(否則需調(diào)換毛細(xì)管)時(shí)，記錄最大壓差，連續(xù)讀取三次，取其平均值。

3.測(cè)定不同濃度的正丁醇的表面張力在上述體系中，用移液管移入0.100ml正丁醇，用洗耳球打氣數(shù)次，使溶液濃度均勻，三、實(shí)驗(yàn)步驟打開(kāi)抽氣瓶活塞，調(diào)節(jié)抽氣速度，使氣泡由三、實(shí)驗(yàn)步驟常數(shù)的方法測(cè)定最大壓差。然后依次加入0.200mL、0.200mL、0.200mL、0.500mL、0.500mL、1.00mL、1.00mL正丁醇，每加一次測(cè)定一次壓力差Δp最大。每次測(cè)量前必須用少量被測(cè)液洗滌毛細(xì)管，確保毛細(xì)管內(nèi)外溶液的濃度一致。然后調(diào)節(jié)液面與毛細(xì)管端相切，用測(cè)定儀器三、實(shí)驗(yàn)步驟常數(shù)的方法測(cè)定最大壓差。然后依次加入0.2四、注意事項(xiàng)1.儀器系統(tǒng)不能漏氣；2.溶液的表面張力受活性雜質(zhì)（一些有機(jī)物）影響很大，為此必須保證所用樣品(正丁醇和蒸餾水)的純度和儀器的清潔。測(cè)定管和毛細(xì)管使用之前應(yīng)洗滌干凈，以玻璃不掛水珠為好，否則，氣泡可能不呈單泡逸出，而使壓力計(jì)讀數(shù)不穩(wěn)定，如發(fā)生此種現(xiàn)象，毛細(xì)管應(yīng)重洗。毛細(xì)管清潔處理應(yīng)特別予以重視,熱風(fēng)吹干及電爐烘烤的辦法應(yīng)當(dāng)避免,四、注意事項(xiàng)1.儀器系統(tǒng)不能漏氣；2.溶液的表面張四、注意事項(xiàng)4.讀取壓力計(jì)的壓差時(shí)，應(yīng)取氣泡單個(gè)逸出時(shí)的最大壓力差。3.測(cè)定時(shí)毛細(xì)管一定要與液面保持垂直，其管口端面剛好與液面相切。蕩洗是好辦法。毛細(xì)管內(nèi)部可借助洗耳球,但必須細(xì)心,不應(yīng)使液體進(jìn)入洗耳球內(nèi)。加入試樣后,應(yīng)充分搖勻方可測(cè)定；四、注意事項(xiàng)4.讀取壓力計(jì)的壓差時(shí)，應(yīng)取氣泡單個(gè)逸出5.連接壓力計(jì)與測(cè)定管及滴液瓶用的乳膠管中不應(yīng)有水等阻塞物，否則壓力無(wú)法傳遞至毛細(xì)管，將沒(méi)有氣泡自毛細(xì)管口逸出。6.如果毛細(xì)管口不出泡，或者連續(xù)出泡，可能是毛細(xì)管口有異物，應(yīng)予以更換。四、注意事項(xiàng)5.連接壓力計(jì)與測(cè)定管及滴液瓶用的乳膠管中不應(yīng)有水等阻塞物五、數(shù)據(jù)記錄與處理1.按下表將所得數(shù)據(jù)記入下表；

濃度(mol?L-1)

Δp最大(Pa)2.利用公式計(jì)算毛細(xì)管常數(shù)K；

3.由正丁醇溶液的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算各溶液的表面張力，并作σ-C曲線(xiàn)；4.由σ-C曲線(xiàn)分別求出各濃度的Γ值；五、數(shù)據(jù)記錄與處理1.按下表將所得數(shù)據(jù)記入下表；濃度(σ－c圖五、數(shù)據(jù)記錄與處理σ－c圖五、數(shù)據(jù)記錄與處理將Γ及由3、4式算出的各項(xiàng)結(jié)果列表：濃度(mol?L-1)Δp最大(Pa)σ(N/m)dσ/dcΓ(mol/m)C/Γ

5.作Γ~C圖。作C/Γ~C圖，應(yīng)得一直線(xiàn)，由直線(xiàn)斜率求出?！?；6.計(jì)算正丁醇分子的橫截面積S0；7.計(jì)算分子層厚度δ