实验二十六溶液表面张力的测定课件.ppt

1、物理化学教研室物理化学教研室2015.7.30实验二十六 溶液表面张力的测定一、目 的 要 求1. 掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素；2. 测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算吸附量，由表面张力的实验数据求分子的截面积及吸附层的厚度。二、实二、实 验验 原原 理理1.表面张力 在液体内部，任一分子受四周分子的吸引力是平衡的，但液体表面层的分子却要受到向内的拉力。二、实二、实 验验 原原 理理二、实二、实 验验 原原 理理 因此要使液体的表面积增大，就必须反抗分子向内的拉力而做功，说明了分子在表面层内比在液体内部有较大的势能，这势能就是表面自由能。dGT,p -w

2、dA 式中为比例常数，其物理意义：在恒温恒压组成不变的条件下，增加单位表面积时引起体系自由能的增加值，因此称为比表面自二、实二、实 验验 原原 理理由能，其量纲为Jm-2,还可称为表面张力，其物理意义：沿着与表面相切的方向，垂直作用于表面单位长度上的力。 2.溶液的表面吸附表面吸附：表面层与体相浓度不相同的现象。非表面活性物质表面活性物质0dcd0dcddcdRTc二、实二、实 验验 原原 理理二、实二、实 验验 原原 理理dcdRTc二、实二、实 验验 原原 理理 用图解法计算溶液的吸附量。a点的斜率为：CZCTddCCZTddRTZCRTCTdd 以不同的浓度对其相应的可作出曲线，f(C)

3、称为吸附等温线。二、实二、实 验验 原原 理理3. 最大吸附量 在一定温度下，体系在平衡状态时，吸附量和浓度c之间的关系可用Langmuir单分子层吸附等温式来表示 ：KcKc1K:经验常数将上式整理得：以c/对c作图可得一条直线，斜率的倒数为Kcc1二、实二、实 验验 原原 理理4. 溶质分子的截面积S0 LS10 上式中：为饱和吸附量；L为阿佛伽德罗常数5. 吸附层厚度 M 上式中：为溶质的密度；M为溶质的分子量二、实二、实 验验 原原 理理6. 最大泡压法(1)当玻璃毛细管一端与液体接触，并往毛细管内加压时，可以在液面的毛细管口处形成气泡。(2)设气泡在形成过程中始终保持球形，则气泡内外

4、的压力差p(即施加于气泡的附加压力ps)与气泡的半径r、液体表面张力之间的关系可由拉普拉斯公式表示：rp2二、实二、实 验验 原原 理理任意区域表面张力合力p=0,p内 = p外平面 p外p内凸液面受到指向液体内部的合力 pp内 p外凸面 p外p内 pp附加压力 ps = p， ps = p内 p外 二、实二、实 验验 原原 理理凹液面受到指向液体外部的合力 p， p内内 p外外凹面 p内内pp外p附加压力 ps = p外 - p内 二、实二、实 验验 原原 理理 显然，在气泡形成过程中，气泡半径r由大变小，再由小变大，而压力差p则由小变大，然后再由大变小。当气泡半径r等于毛细管半径R时，压力

5、差达到最大值pmax。二、实二、实 验验 原原 理理(3)通过测定r和pmax，可求得液体的表面张力。 (4)由于毛细管的半径R较小，直接测量误差较大。通常用一已知表面张力的液体(如水、甘油等)作为参考液体，在相同的实验条件下，测得相应最大压力差为pmax,0。本实验中选择蒸馏水作为参考物。最大最大pKpR 2r = R时，Rp2最大K为仪器常数1. 仪器准备与检漏仪器准备与检漏三、实三、实 验验 步步 骤骤(1)将将表面张力仪容器和毛细管洗净、烘干。(2)用移液管移取50mL蒸馏水注入表面张力仪 中，使液面稍高于毛细管末端，剩余的蒸馏 水放入作为接收器的100mL烧杯中，抽气调 节液面与毛细

6、管末端相切。(3)气密性检查：打开抽气瓶活塞，使体系内的压力降低，精密数字压差计显示一定数字时，关闭抽气瓶活塞，若23min内，压差不变，则说明体系不漏气。2. 毛细管常数K的测定首先要选定气压计的零点。kPa开关键三、实三、实 验验 步步 骤骤三、实三、实 验验 步步 骤骤 打开抽气瓶活塞，调节抽气速度，使气泡由毛细管尖端成单泡、均匀地逸出(每分钟4-6个气泡)。当气泡刚脱离毛细管端的一瞬间，精密数字压差计显示压差约为500-800Pa(否则需调换毛细管)时，记录最大压差，连续读取三次，取其平均值。 3. 测定不同浓度的正丁醇的表面张力 在上述体系中，用移液管移入0.100ml正丁醇，用洗耳

7、球打气数次，使溶液浓度均匀，三、实三、实 验验 步步 骤骤常数的方法测定最大压差。然后依次加入0.200mL、0.200mL、0.200mL、0.500mL、0.500mL、1.00mL、1.00mL正丁醇，每加一次测定一次压力差p最大。每次测量前必须用少量被测液洗涤毛细管，确保毛细管内外溶液的浓度一致。然后调节液面与毛细管端相切，用测定仪器四、注四、注 意意 事事 项项1. 仪器系统不能漏气；2. 溶液的表面张力受活性杂质（一些有机物）影响很大，为此必须保证所用样品(正丁醇和蒸馏水)的纯度和仪器的清洁。测定管和毛细管使用之前应洗涤干净，以玻璃不挂水珠为好，否则，气泡可能不呈单泡逸出，而使压力

8、计读数不稳定，如发生此种现象，毛细管应重洗。毛细管清洁处理应特别予以重视,热风吹干及电炉烘烤的办法应当避免,四、注四、注 意意 事事 项项4. 读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。3. 测定时毛细管一定要与液面保持垂直，其管口端面刚好与液面相切。荡洗是好办法。毛细管内部可借助洗耳球,但必须细心,不应使液体进入洗耳球内。加入试样后,应充分摇匀方可测定；5. 连接压力计与测定管及滴液瓶用的乳胶管中不应有水等阻塞物，否则压力无法传递至毛细管，将没有气泡自毛细管口逸出。6. 如果毛细管口不出泡，或者连续出泡，可能是毛细管口有异物，应予以更换。四、注四、注 意意 事事 项项五、数据记录与

9、处理五、数据记录与处理1. 按下表将所得数据记入下表； 浓度(molL-1) p最大(Pa)2. 利用公式计算毛细管常数K； 3.由正丁醇溶液的实验数据计算各溶液的表面张力，并作-C曲线；4.由-C曲线分别求出各浓度的值；c图五、数据记录与处理五、数据记录与处理将及由3、4式算出的各项结果列表： 浓度(molL-1)p最大(Pa)(N/m)d/dc(mol/m)C/ 5. 作C图。作C/C图，应得一直线，由直线斜率求出；6.计算正丁醇分子的横截面积S0；7.计算分子层厚度五、数据记录与处理五、数据记录与处理C和Kc/-c正丁醇的截面积S0五、数据记录与处理五、数据记录与处理六、文六、文 献献 值值文献值文献值：正丁醇分子的横截面积S0 = 0.2740.289nm2