物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告十三

溶液表面張力的測(cè)定及等溫吸附2-溶液表面張力的測(cè)定及等溫吸附實(shí)驗(yàn)?zāi)康募由罾斫獗砻鎻埩Α⒈砻嫖降然靖拍钜约氨砻鎻埩臀降年P(guān)系。掌握最大氣泡法測(cè)定溶液表面張力的原理和技術(shù)。實(shí)驗(yàn)原理最大氣泡法測(cè)定表面張力：當(dāng)表面張力儀中的毛細(xì)管尖端與待測(cè)液體相切時(shí)，液面即沿毛細(xì)管上升。打開(kāi)滴液漏斗2的活塞，使水緩慢下滴而減小系統(tǒng)壓力，這樣毛細(xì)管內(nèi)液面上受到一個(gè)比試管中液面上大的壓力，當(dāng)此壓力差在毛細(xì)管尖端產(chǎn)生的作用力稍大于毛細(xì)管管口液體的表面張力時(shí)，氣泡就從毛細(xì)管口逸出，這一最大壓力差可由數(shù)字式微壓差測(cè)量?jī)x測(cè)出：P最大=P大氣－P系統(tǒng)=P。毛細(xì)管內(nèi)氣體壓力必須高于大試管內(nèi)液面上壓力的附加壓力以克服氣泡的表面張力，此附加壓力P與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑R成反比，其關(guān)系式為：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)氣泡剛開(kāi)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與毛細(xì)管內(nèi)半徑r相等，曲率半徑達(dá)到最小值，由上式可知此時(shí)附加壓力達(dá)最大值，氣泡進(jìn)一步長(zhǎng)大，R變大附加壓力則變小，直到氣泡逸出。R=r時(shí)的最大附加壓力m，從此式得，當(dāng)使用同一根毛細(xì)管及相同的壓差計(jì)介質(zhì)時(shí)，對(duì)兩種具有表面張力為，的液體而言，正比于，且同溫度下有：，若液體2的為已知，則.式中：K為儀器常數(shù)，可用已知表面張力的液體2來(lái)測(cè)得，因此，求得1。本實(shí)驗(yàn)就是通過(guò)測(cè)定已知表面張力的水的2來(lái)求得不同濃度正丁醇溶液的表面張力。溶質(zhì)若能降低溶液的表面張力，則表面層中溶質(zhì)的濃度就比溶液內(nèi)部的大；反之，溶質(zhì)若使溶液的表面張力升高，則它的表面層中的濃度比在內(nèi)部的濃度小，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。在指定的溫度和壓力下，溶質(zhì)的吸附量與溶液的表面張力的變化及溶液的濃度有關(guān)，在稀溶液中用熱力學(xué)方法可知它們間的關(guān)系遵循吉布斯吸附方程：當(dāng)(/C)T<0時(shí),>0,稱為正吸附；當(dāng)(/C)T>0時(shí),<0,稱為負(fù)吸附。在水溶液中，表面活性物質(zhì)具有兩親基團(tuán)，當(dāng)濃度達(dá)到某一值后，表面活性物質(zhì)在表面層的的吸附量為一定值，而與溶液濃度c無(wú)關(guān)，稱為飽和吸附，此時(shí)溶質(zhì)在表面層豎直排列，因而可由飽和吸附量求出溶質(zhì)分子的橫截面積。在=f(c)的曲線上用鏡象法作出不同濃度點(diǎn)的切線，并延長(zhǎng)與縱坐標(biāo)相交，經(jīng)過(guò)切點(diǎn)作一平行于橫坐標(biāo)的直線與縱坐標(biāo)相交，若令此直線和切線在縱坐標(biāo)上所截之長(zhǎng)度為Z，則Z=-C·(/C)T，則.用這種方法可算出與濃度對(duì)應(yīng)的值，將1、2…等對(duì)C作圖，就可得到吸附等溫線。若在溶液表面上的吸附是單分子層的吸附，則按蘭繆爾吸附等溫式：把蘭繆爾式改寫成：以C/～C作圖，可得一直線，其斜率為1/，截距為1/（K），進(jìn)而可求得和K。設(shè)N代表單位溶液表面的分子數(shù)，如果溶質(zhì)是表面活性物質(zhì)，則得N＝L，L為阿佛加德羅常數(shù)，每個(gè)溶質(zhì)分子的在溶液表面上所占的截面積即為實(shí)驗(yàn)儀器與試劑儀器：表面張力測(cè)定裝置1套；精密恒溫水槽1套；數(shù)字式微壓差測(cè)量?jī)x1臺(tái)；50mL容量瓶10個(gè)；50mL堿式滴定管1只試劑：正丁醇（AR）、去離子水物理常數(shù)25°C時(shí)，水的表面張力為72mN/m實(shí)驗(yàn)步驟1.配制溶液：用0.5mol/L的溶液在50mL容量瓶中稀釋成下列濃度0.02、0.04、0.06、0.09、0.12、0.16、0.20、0.24，0.30和0.35。2．控溫：調(diào)節(jié)恒溫槽至25.3.儀器常數(shù)測(cè)定:用洗液洗凈大試管及毛細(xì)管內(nèi)外壁,然后用自來(lái)水和去離子水洗之，再將適量去離子水裝于洗凈的大試管中，蓋好帶毛細(xì)管的標(biāo)準(zhǔn)磨口，防止漏氣，并使毛細(xì)管尖端剛好與液面接觸并保持垂直。讓大滴液試管中液體恒溫15分鐘后，緩慢打開(kāi)滴液漏斗旋塞，以使氣泡從毛細(xì)管尖端盡可能緩慢、均勻地鼓出，讀取并記錄p最大，連續(xù)讀三次，取其平均值。4.正丁醇溶液表面張力測(cè)定：按上法分別對(duì)各種不同濃度的正丁醇溶液測(cè)定其pm，不同濃度的溶液測(cè)定時(shí)要從稀到濃依次測(cè)定。數(shù)據(jù)記錄與處理恒溫槽溫度：25.00濃度/mol/L0.000.020.040.060.090.12Pm/Pa418387365350331311mN/mCanceled66.6662.8760.2957.0153.57(/C)TCanceled-189.47-159.33-119.14-111.96-104.78mol/m2Canceled1.529×10-62.571×10-62.884×10-64.065×10-65.073×10-6cCanceled13.0815.5620.8122.1423.66濃度/mol/L0.160.200.240.300.35CanceledPm/Pa289274262248239CanceledmN/m49.7847.2045.1342.7241.17Canceled(/C)T-79.67-58.13-55.98-49.52-38.76Canceledmol/m25.142×10-64.690×10-65.420×10-65.594×10-65.003×10-6Canceledc31.1242.6444.2850.0663.96Canceled＝6.903×10-6K＝14.81q=2.406×10-19實(shí)驗(yàn)討論1.實(shí)驗(yàn)中，氣泡的速度對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有很大的影響。速度過(guò)快，會(huì)使數(shù)據(jù)變大。因此，保持相同的氣泡速度對(duì)于實(shí)驗(yàn)的成敗有很大的關(guān)系。而實(shí)驗(yàn)裝置中，隨著滴液漏斗中水的不斷流出，滴液的速度會(huì)減慢，裝置的此處有待改進(jìn)。另外，毛細(xì)管的豎直以及毛細(xì)管進(jìn)入液面的深度，對(duì)于測(cè)定結(jié)果都有一定的影響，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該注意。2.不同實(shí)驗(yàn)方法的優(yōu)缺點(diǎn)的討論：最大氣泡法是基于測(cè)定毛細(xì)管內(nèi)外壓力差即附加壓力進(jìn)而求得表面張力的一種常用的方法，特別可測(cè)定熔融金屬及窯爐中的液體的不易接近而需遠(yuǎn)距離操作的液體系統(tǒng)。拉環(huán)法用界面張力儀迅速測(cè)定溶液表面張力以及兩液體界面張力，操作簡(jiǎn)單，廣泛應(yīng)用與教學(xué)及實(shí)際中，缺點(diǎn)是難以恒溫。