最大气泡法测定溶液的表面张力.ppt

最大气泡法测定溶液的表面张力,新乡学院化学与化工学院,物理化学教研室,目的要求,1. 测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力,计算表面吸附量和乙醇分子的横截面积。 2. 了解表面张力的性质,表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系。 3. 掌握用最大气泡法测定表面张力的原理和技术。,基本原理,1. 表面自由能,物体表面分子和内部分子所处的境遇不同，表面层分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。如果把一个分子由内部迁移到表面，就需要对抗拉力而做功。在温度、压力和组成都恒定时，可逆地使表面增加S所需对体系做的功，叫表面功，可表示为：,-A=G=S,称为表面自由能，单位为J/m2。若把看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。,2. 溶液的表面吸附,在指定的温度和压力下,溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度有关,从热力学方法可知它们之间的关系遵守吉布斯吸附方程:,根据能量最低原则,溶质能降低溶剂的表面张力时,表面层溶质的浓度比溶液内部大;反之,溶质使溶剂的表面张力升高时,表面层中的浓度比内部的低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。,为表面吸附量(单位:mol·m-2 );T为热力学温度(单位:K);C为稀溶液浓度(单位:mol·dm-3 );R为气体常数。,称为负吸附;,称为正吸附;,在-C曲线上任选一点i作切线,即可得该点所对应浓度Ci 的斜率， 再由上式可求得不同浓度下的值。,乙醇是表面活性物质,能降低溶剂的表面张力,它们在水溶液表面的排列情况随浓度不同而异:当浓度小时,分子可以平躺在表面上;浓度增大时,分子的极性基团取向溶剂内部,而非极性基团基本上取向空间;当浓度增大到一定程度时,溶质分子占据了所有表面,就形成饱和吸附层。,以表面张力对浓度作图,可得到-C曲线,从图中可以看出,在开始时随浓度的增加而迅速下降,以后的变化比较缓慢。,式中: 是饱和吸附量，K是常数，将上式取倒数可得:,3. 饱和吸附与溶质分子的横截面积,在一定的温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir等温式表示：,作(C/)-C图,直线斜率的倒数即为 。,如果以N代表1m2 表面上溶质的分子数,则有:N= L,因此,若 测得不同浓度下溶液的表面张力,从-C曲线上求出不同浓度的吸附量,再从(C/)-C直线上求出 ,便可以计算出溶质分子的横截面积B 。,可得每个溶质分子在表面上所占据的横截面积:,= 1/( ),4. 最大气泡法,Pmax =Pr =P0 -Pr =2/r,将被测液体装于测定管中,使玻璃管下端毛细管面与液面相切,液面沿毛细管上升,打开抽气瓶的活塞缓缓放水抽气,测定管中的压力P逐渐减小,毛细管压力P0 就会将管中液面压至管口,形成气泡,其曲率半径由大而小,直至恰好等于毛细管半径时,根据拉普拉斯公式,这时能承受的压力差也最大:,则=(r/2)gh=K'h,最大压力差可用U型压力计中最大液柱差h来表示:Pmax =g,K'为仪器常数,可以用已知表面张力的物质测定。,仪器与试剂,恒温装置 一套 烧杯（25 ml） 一个 带有支管的试管（附木塞） 1支 毛细管（半径为0.15mm0.20mm)1根 容量瓶（50ml)8支 数字式微压差测量仪 1台,低真空测压仪,滴液漏斗,支管试管,毛细管,实验步骤,1.安装仪器：洗净仪器并按图装置。对需干燥的仪器作干燥处理。 2.配置乙醇溶液： 分别配制002mol/L，0.05molL，010molL，015molL，0.20molL，025molL，030mol/L，035mol/L乙醇溶液各50mL。 3. 调节恒温为25。,4.仪器常数测定 先以蒸馏水作为待测液测定其仪器常数。方法是将干燥的毛细管垂直地插到使毛细管的端点刚好与水面相切，打开滴液漏斗，控制滴液速度，使毛细管逸出的气泡，速度约为5s10s1个。在毛细管口气泡读出U型管两边液面最大高度差 可读三次，取其平均值。通过手册 查出实验温度时水的表面张力，利用公式 求出仪器常数K。,5.待测样品表面张力的测定：用待测溶液洗净试管和毛细管，加入适量样品于试管中，按照仪器常数测定的方法，测定不同待测样品的 计算其表面张力。,6.乙醇溶液的折光率测定：用每个样品测出 后，随即用滴管吸取该溶液滴，置于棱镜上，用阿贝折光仪测其折光率nD查工作曲线得各样品的准确浓度。,数据处理,1.由附录表中查出实验温度时水的表面张力，算出毛细管常数K。 2.由实验结果计算各份溶液的表面张力 ,并作 c曲线。 3.在c曲线上分别在0050mol/L，0100molL，0150molL，0200molL，0250molL和0300molL处作切线，分别求出各浓度的 值，并计算在各相应浓度下的。 4. 用c/ 对c作图，应得一条直线，由直线斜率求出 。,实验注意事项,1.测定用的毛细管一定要洗干净，否则气泡可能不能连续稳定地流过，而使压差计读数I不稳定，如发生此种现象，毛细管应重洗。 2.毛细管一定要保持垂直，管口刚好插到与液面接触。 3.杂质对的影响很大，配制溶液应使蒸馏水。 4.应读出气泡单个逸出时的最大压力差。 5.与温度密切相关，应使表面张力仪浸入恒温槽的水中。,讨论,1.若毛细管深入液面下Hcm，则生成的气泡受到大气压和的静液压。如能准确测知H值，则根据 来测定值。但若使毛细管口与液面相切，则H0，消除了项，但每次测定时总不可能都使H0，故单管式表面张力仪总会引入一定的误差。 2.测定表面张力的方法很多，如毛细管升高法、滴重（体积）法及圈环法等。,思考题,1.用最大气泡法测定表面张力时为什么要读最大压力差? 2.如果毛细管末端插入溶液中进行测量行吗？为什么？ 3.本实验中为什么要读取最大压力差？,