最大氣泡法測表面張力

最大氣泡法測表面張力一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.測定不同濃度正丁醇溶液的表面張力，計(jì)算吸附量。2.了解氣液界面的吸附作用，計(jì)算表面層被吸附分子的截面積及吸附層的厚度。3.掌握最大氣泡法(或扭力天平)測定溶液表面張力的原理和技術(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理

從熱力學(xué)觀點(diǎn)來看，液體表面縮小是一個(gè)自發(fā)過程，這是使體系總自由能減小的過程，欲使液體產(chǎn)生新的表面ΔA，就需對其做功，其大小應(yīng)與ΔA成正比:（1）如果ΔA為1m2，則-W′=σ是在恒溫恒壓下形成1m2新表面所需的可逆功，所以σ稱為比表面吉布斯自由能，其單位為J·m-2。也可將σ看作為作用在界面上每單位長度邊緣上的力，稱為表面張力，其單位是N·m（2）式中，Г為溶質(zhì)在表層的吸附量;σ為表面張力;C為吸附達(dá)到平衡時(shí)溶質(zhì)在介質(zhì)中的濃度。當(dāng)<0時(shí)，Г>0稱為正吸附；當(dāng)時(shí)，Г<0稱為負(fù)吸附。吉布斯吸附等溫式應(yīng)用范圍很廣，但上述形式僅適用于稀溶液。根據(jù)朗格謬爾(Langmuir)公式:（4）Г∞為飽和吸附量，即表面被吸附物鋪滿一層分子時(shí)的Г，（5）以C/Г對C作圖，得一直線，該直線的斜率為1/Г∞。由所求得的Г∞代入A=1/Г∞L可求被吸附分子的截面積(L為阿佛加得羅常數(shù))。若已知溶質(zhì)的密度ρ，分子量M，就可計(jì)算出吸附層厚度δ（6）測定溶液的表面張力有多種方法，較為常用的有最大氣泡法和扭力天平法。下面敘述最大氣泡法的測量方法。最大氣泡法的儀器裝置如右圖所示:A為表面張力儀，其中間玻璃管F下端一段直徑為0.2mm～0.5mm的毛細(xì)管，B為充滿水的抽氣瓶，C為U型壓力計(jì)，內(nèi)盛比重較小的水或酒精、甲苯等，作為工作介質(zhì)，以測定微壓差。將待測表面張力的液體裝于表面張力儀中，使F管的端面與液面相切，液面即沿毛細(xì)管上升，打開抽氣瓶的活塞緩緩抽氣，毛細(xì)管內(nèi)液面上受到一個(gè)比A瓶中液面上大的壓力，當(dāng)此壓力差—附加壓力(Δp=p大氣-p系統(tǒng))在毛細(xì)管端面上產(chǎn)生的作用力稍大于毛細(xì)管口液體的表面張力時(shí)，氣泡就從毛細(xì)管口脫出，此附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑成反比，其關(guān)系式為:（7）式中，Δp為附加壓力；σ為表面張力；R為氣泡的曲率半徑。如果毛細(xì)管半徑很小，則形成的氣泡基本上是球形的。當(dāng)氣泡開始形成時(shí)，表面幾乎是平的，這時(shí)曲率半徑最大;隨著氣泡的形成，曲率半徑逐漸變小，直到形成半球形，這時(shí)曲率半徑R和毛細(xì)管半徑r相等，曲率半徑達(dá)最小值，根據(jù)上式這時(shí)附加壓力達(dá)最大值。氣泡進(jìn)一步長大，R變大，附加壓力則變小，直到氣泡逸出。根據(jù)上式，R=r時(shí)的最大附加壓力為:（8）實(shí)際測量時(shí)，使毛細(xì)管端剛與液面接觸，則可忽略氣泡鼓泡所需克服的靜壓力，這樣就可直接用上式進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)用密度為ρ的液體作壓力計(jì)介質(zhì)時(shí)，測得與Δp最大相適應(yīng)的最大壓力差為Δh最大則:（9）當(dāng)將合并為常數(shù)K時(shí)，則上式變?yōu)?（10）式中的儀器常數(shù)K可用已知表面張力的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測得。四、儀器藥品1.儀器最大泡壓法表面張力儀1套;吸耳球1個(gè)；移液管(50mL和1mL)各1只;燒杯(500mL)只。2.藥品正丁醇(化學(xué)純);蒸餾水。五、實(shí)驗(yàn)步驟

1.儀器準(zhǔn)備與檢漏將表面張力儀容器和毛細(xì)管先用洗液洗凈，再順次用自來水和蒸餾水漂洗，烘干后按圖按好。將水注入抽氣管中。在A管中用移液管注入50mL蒸餾水，用吸耳球由G處抽氣，調(diào)節(jié)液面，使之恰好與細(xì)口管尖端相切。然后關(guān)緊G處活塞，再打開活塞H，這時(shí)管B中水流出，使體系內(nèi)的壓力降低，當(dāng)壓力計(jì)中液面指示出若干厘米的壓差時(shí)，關(guān)閉H，停止抽氣。若2min～3min內(nèi)，壓力計(jì)液面高度差不變，則說明體系不漏氣，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。2.儀器常數(shù)的測量開H對體系抽氣，調(diào)節(jié)抽氣速度，使氣泡由毛細(xì)管尖端成單泡逸出，且每個(gè)氣泡形成的時(shí)間為10s～20s(數(shù)顯微壓差測量儀為5s～10s)。若形成時(shí)間太短，則吸附平衡就來不及在氣泡表面建立起來，測得的表面張力也不能反映該濃度之真正的表面張力值。當(dāng)氣泡剛脫離管端的一瞬間，壓力計(jì)中液面差達(dá)到最大值，記錄壓力計(jì)兩邊最高和最低讀數(shù)，連續(xù)讀取三次，取其平均值。、再由手冊中，查出實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)，水的表面張力σ，則儀器常數(shù)3.表面張力隨溶液濃度變化的測定在上述體系中，用移液管移入0.100mL正丁醇，用吸耳球打氣數(shù)次(注意打氣時(shí)，務(wù)必使體系成為敞開體系。否則，壓力計(jì)中的液體將會被吹出)，使溶液濃度均勻，然后調(diào)節(jié)液面與毛細(xì)管端相切，用測定儀器常數(shù)的方法測定壓力計(jì)的壓力差。然后依次加入0.200mL、0.200mL、0.200mL、0.500mL、0.500mL、1.00mL、1.00mL正丁醇，每加一次測定一次壓力差Δh最大。正丁醇的量一直加到飽和為止，這時(shí)壓力計(jì)的Δh最大值幾乎不再隨正丁醇的加入而變化。四、注意事項(xiàng)

1.儀器系統(tǒng)不能漏氣。2.所用毛細(xì)管必須干凈、干燥，應(yīng)保持垂直，其管口剛好與液面相切。3.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。五、數(shù)據(jù)處理

1.計(jì)算儀器常數(shù)K和溶液表面張力σ，繪制σ—C等溫線。2.作切線求Z，并求出Г，C/Г。3.繪制