物理化學(xué)實驗實驗報告十三

溶液表面張力的測定及等溫吸附2-溶液表面張力的測定及等溫吸附實驗?zāi)康募由罾斫獗砻鎻埩?、表面吸附等基本概念以及表面張力和吸附的關(guān)系。掌握最大氣泡法測定溶液表面張力的原理和技術(shù)。實驗原理最大氣泡法測定表面張力：當表面張力儀中的毛細管尖端與待測液體相切時，液面即沿毛細管上升。打開滴液漏斗2的活塞，使水緩慢下滴而減小系統(tǒng)壓力，這樣毛細管內(nèi)液面上受到一個比試管中液面上大的壓力，當此壓力差在毛細管尖端產(chǎn)生的作用力稍大于毛細管管口液體的表面張力時，氣泡就從毛細管口逸出，這一最大壓力差可由數(shù)字式微壓差測量儀測出：P最大=P大氣－P系統(tǒng)=P。毛細管內(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：如果毛細管半徑很小，則形成的氣泡基本上是球形的，當氣泡剛開始形成時，表面幾乎是平的，這時曲率半徑最大，隨著氣泡的形成曲率半徑逐漸變小，直到形成半球形，這時曲率半徑R與毛細管內(nèi)半徑r相等，曲率半徑達到最小值，由上式可知此時附加壓力達最大值，氣泡進一步長大，R變大附加壓力則變小，直到氣泡逸出。R=r時的最大附加壓力m，從此式得，當使用同一根毛細管及相同的壓差計介質(zhì)時，對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來測得，因此，求得1。本實驗就是通過測定已知表面張力的水的2來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(/C)T<0時,>0,稱為正吸附；當(/C)T>0時,<0,稱為負吸附。在水溶液中，表面活性物質(zhì)具有兩親基團，當濃度達到某一值后，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無關(guān)，稱為飽和吸附，此時溶質(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的切線，并延長與縱坐標相交，經(jīng)過切點作一平行于橫坐標的直線與縱坐標相交，若令此直線和切線在縱坐標上所截之長度為Z，則Z=-C·(/C)T，則.用這種方法可算出與濃度對應(yīng)的值，將1、2…等對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)，每個溶質(zhì)分子的在溶液表面上所占的截面積即為實驗儀器與試劑儀器：表面張力測定裝置1套；精密恒溫水槽1套；數(shù)字式微壓差測量儀1臺；50mL容量瓶10個；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，水的表面張力為72mN/m實驗步驟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)測定:用洗液洗凈大試管及毛細管內(nèi)外壁,然后用自來水和去離子水洗之，再將適量去離子水裝于洗凈的大試管中，蓋好帶毛細管的標準磨口，防止漏氣，并使毛細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，緩慢打開滴液漏斗旋塞，以使氣泡從毛細管尖端盡可能緩慢、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定：按上法分別對各種不同濃度的正丁醇溶液測定其pm，不同濃度的溶液測定時要從稀到濃依次測定。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實驗討論1.實驗中，氣泡的速度對實驗數(shù)據(jù)有很大的影響。速度過快，會使數(shù)據(jù)變大。因此，保持相同的氣泡速度對于實驗的成敗有很大的關(guān)系。而實驗裝置中，隨著滴液漏斗中水的不斷流出，滴液的速度會減慢，裝置的此處有待改進。另外，毛細管的豎直以及毛細管進入液面的深度，對于測定結(jié)果都有一定的影響，實驗中應(yīng)該注意。2.不同實驗方法的優(yōu)缺點的討論：最大氣泡法是基于測定毛細管內(nèi)外壓力差即附加壓力進而求得表面張力的一種常用的方法，特別可測定熔融金屬及窯爐中的液體的不易接近而需遠距離操作的液體系統(tǒng)。拉環(huán)法用界面張力儀迅速測定溶液表面張力以及兩液體界面張力，操作簡單，廣泛應(yīng)用與教學(xué)及實際中，缺點是難以恒溫。