表面張力的測(cè)定.ppt

1,,溶液表面張力的測(cè)定,,2,一.目的要求：,掌握最大泡壓法測(cè)定表面張力的原理； 了解表面張力的性質(zhì)、表面能的意義以及表面張力和吸附的關(guān)系； 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。,3,二.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(duì)其做功，其大小應(yīng)與ΔA成正比： －W′＝σΔA 在純液體情況下，表面層的組成與內(nèi)部的組成相同，因此液體降低體系表面自由能的唯一途徑是盡可能縮小其表面積。對(duì)于溶液，由于溶質(zhì)會(huì)影響表面張力，因此可以調(diào)節(jié)溶質(zhì)在表面層的濃度來降低表面自由能。 根據(jù)能量最低原理，溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力時(shí)，表面層中溶質(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(shí)，它在表面層中的濃度比在內(nèi)部的濃度低，這種表面濃度與內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象叫做溶液的表面吸附。,4,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及溶液的濃度之間的關(guān)系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程 ：,,式中：Γ為氣—液界面上的吸附量（單位為molm-2） T為熱力學(xué)溫度（K） c為溶液濃度（moldm-3） R為摩爾氣體常數(shù),當(dāng) 0稱為正吸附；當(dāng) 0時(shí)，Γ 0稱為負(fù)吸附。 前者表明加入溶質(zhì)使液體表面張力下降，此類物質(zhì)叫表面活性物質(zhì)；后者表明加入溶質(zhì)使液體表面張力升高，此類物質(zhì)叫非表面活性物質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定正吸附情況。,5,表面張力與濃度的關(guān)系圖,從σ—c曲線作不同濃度c時(shí)的切線，把切線的斜率代入Gibbs吸附公式，即可求出不同濃度時(shí)，氣—液界面上的吸附量Г。,6,,,在一定溫度下，吸附量與溶液濃度之間的關(guān)系由Langmuir吸附等溫方程式表示： Г∞為飽和吸附量，K為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，與溶質(zhì)的表面活性大小有關(guān)。將上式化成直線方程，則 若以對(duì)c作圖可得一直線，其直線斜率即可求出為Г∞。 在表面達(dá)到飽和吸附時(shí)，乙醇分子在氣—液界面上鋪滿一單分子層，則可應(yīng)用下式求得乙醇分子的橫截面積S0。,,,,7,最大泡壓法的測(cè)定原理,8,若毛細(xì)管內(nèi)空氣壓力比液面上壓力大，則在毛細(xì)管地步能形成空氣泡。當(dāng)這兩個(gè)壓力之差，即附加壓力大到足以克服氣泡的表面張力時(shí)，空氣泡將脫離毛細(xì)管底部而逸出。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 因毛細(xì)管半徑為定值，同一儀器的 是常數(shù)k, 則上式變?yōu)?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(cè)得（本實(shí)驗(yàn)用蒸餾水）。,,,9,三.儀器試劑等：,儀器: 最大泡壓法表面張力儀1套；移液管(50mL，1支、1mL，1支)；燒杯(500mL，1個(gè))；吸耳球1個(gè)； U型壓力計(jì),試劑： 正丁醇(A.R.) 蒸餾水,10,四.實(shí)驗(yàn)步驟：,1. 儀器準(zhǔn)備與檢漏 ：將蒸餾水注入張力儀中，通過抽氣調(diào)節(jié)液面使之恰好與毛細(xì)管尖端相切。打開抽氣瓶活塞，使體系內(nèi)的壓力有一定降低，關(guān)閉抽氣瓶活塞，若2～3min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(cè)量 ： 打開抽氣瓶活塞，調(diào)節(jié)抽氣速度，使氣泡由毛細(xì)管尖端成單泡逸出，且每個(gè)氣泡形成的時(shí)間約為5～10s。記錄壓力計(jì)讀數(shù)，連續(xù)讀取三次，取其平均值。由水的表面張力σ，可求儀器常數(shù)。,11,,3. 表面張力隨溶液濃度變化的測(cè)定 ： 用少量0.005mol/L正丁醇溶液潤洗表面張力儀，注入正丁醇溶液以使液面恰與毛細(xì)管尖端相切，同步驟2的操作，記錄壓力差計(jì)的液面高度差，連續(xù)讀取三次，取其平均值。然后依次換取0.15mol/L、0.25mL、0.35mol/L、0.45mol/L、0.50mol/L正丁醇溶液，每換一次測(cè)定一次壓力差Δh最大，平行測(cè)定三次，取平均值。,12,五.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)的最大壓差。,13,六.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Г—C，C/Г—C等溫線，求Г∞并計(jì)算So。,14,七.思考題：,1.用最大泡壓法測(cè)定表面張力時(shí)為什么要讀最大壓力差？ 2.毛細(xì)管尖端為何必須調(diào)節(jié)得恰與液面相切？否則對(duì)實(shí)驗(yàn)有何影響？ 3. 最大泡壓法測(cè)定表面張力時(shí)為什么要讀最大壓力差？如果氣泡逸出的很快，或幾個(gè)氣泡一齊出，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有無影響？ 4. 本實(shí)驗(yàn)選用的毛細(xì)管尖的半徑大小對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定有何影響？若毛細(xì)管不潔凈會(huì)不會(huì)影響測(cè)定結(jié)果？,