表面张力的测定课件.ppt

1、大庆石油学院化学化工学院化学实验中心 2007年年3月月实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题1.1.测定正丁醇水溶液的表面张力，并测定正丁醇水溶液的表面张力，并根据根据GibbsGibbs吸附等温式计算表面吸附吸附等温式计算表面吸附量。量。2.2.了解表面张力的性质，表面自由能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。的意义以及表面张力和吸附的关系。3.3.掌握用最大气泡法测定表面张力的掌握用最大气泡法测定表面张力的原理和技术。原理和技术。实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题纯物质表面层的组成与内部相同，因此在定温纯物质表面层的组成与内部相同

2、，因此在定温定压下纯液体的表面张力是定值。定压下纯液体的表面张力是定值。当向其中加入溶质时，根据能量最低原则，溶当向其中加入溶质时，根据能量最低原则，溶质能降低溶剂表面张力时，表面层溶质的浓度比溶质能降低溶剂表面张力时，表面层溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂表面张力升高时，表液内部大；反之，溶质使溶剂表面张力升高时，表面层溶质的浓度比溶液内部低。面层溶质的浓度比溶液内部低。这种表面浓度与溶液内部浓度不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。同的现象叫做溶液的表面吸附。实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题TdcdRTc式中：式中：表面吸附量（单位：表面吸附

3、量（单位：molm-2）；）；T：热力学温度（单位：热力学温度（单位：K）；）；c：稀溶液浓度（单位：稀溶液浓度（单位：molm-2）；）；R：气体摩尔常数，：气体摩尔常数，8.314Nmmol-1K-1。(1)(1)在指定温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的在指定温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度有关，其关系可用表面张力及溶液的浓度有关，其关系可用GibbsGibbs等等温吸附方程表示：温吸附方程表示：实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题0 ddc 时时，0 0，正吸附；，正吸附；0 ddc 时时，0 0，正吸附；，正吸附；本实验研究正吸附情况。本实验研究正

4、吸附情况。为了求得表面吸附量，需先为了求得表面吸附量，需先作出作出f(c)的等温曲线。的等温曲线。ddZcc zRT 取曲线上不同的点，就可得出不同值，取曲线上不同的点，就可得出不同值，从而可作出吸附等温线。从而可作出吸附等温线。实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题Rp2p 本实验用鼓泡法测定溶液的表面张力，其原理如下：从本实验用鼓泡法测定溶液的表面张力，其原理如下：从浸入液面下的毛细管端鼓出空气泡时，需要高于外部大气压浸入液面下的毛细管端鼓出空气泡时，需要高于外部大气压的附加压力以克服气泡的表面张力，此附加压力与表面张力的附加压力以克服气泡的表面张力，此附加压力与表面张力成正

5、比，与气泡的曲率半径成反比，其关系为成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系为 ：（2 2）为附加压力；为附加压力；R为表面张力；为表面张力；为气泡的曲率半径；为气泡的曲率半径；实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题rpm2 如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本是球形的。当气如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大；随着泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大；随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径率半径R R与毛细管半径相等，曲率半径达到最小值

6、，根据（与毛细管半径相等，曲率半径达到最小值，根据（2 2）式这时的附加压力达到最大值。气泡进一步长大，式这时的附加压力达到最大值。气泡进一步长大，R R变大，附变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。加压力则变小，直到气泡逸出。按照（按照（2 2）式，）式，R Rr r时的最大附加压力为：时的最大附加压力为：mpr2或或（3 3）实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题mpmh实际测量时，使毛细管端刚刚与液面相接触，则可忽略鼓实际测量时，使毛细管端刚刚与液面相接触，则可忽略鼓泡所需克服的静压力，这样就可直接用（泡所需克服的静压力，这样就可直接用（3 3）式进行计算。）式进行计算。当用

7、密度为当用密度为 的液体作压力计介质时，测得与的液体作压力计介质时，测得与 最大压差为最大压差为 相应的相应的则则ghrm2gr2kmhk将将合并成一个常数合并成一个常数，则上式变为，则上式变为（4）（4）式中的仪器常数）式中的仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。可用已知表面张力的标准物质测得。实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题实验前将毛细管和容量瓶用铬酸洗液洗净。实验前将毛细管和容量瓶用铬酸洗液洗净。然后用水作标准物质，测定仪器常数然后用水作标准物质，测定仪器常数K值。值。为此在小烧杯中装入蒸馏水，使毛细管端刚为此在

8、小烧杯中装入蒸馏水，使毛细管端刚刚与液面相接触，按图接好全部仪器，并将小烧刚与液面相接触，按图接好全部仪器，并将小烧杯放入恒温水浴中，达到指定温度后，缓慢打开杯放入恒温水浴中，达到指定温度后，缓慢打开放水旋塞，使气泡从毛细管端尽可能缓慢地鼓出，放水旋塞，使气泡从毛细管端尽可能缓慢地鼓出，同时注意读取压力计的最大压差值。同时注意读取压力计的最大压差值。读取数次，取平均值。读取数次，取平均值。1.1.仪器常数的测定仪器常数的测定实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题配制配制0.50molL-1的正丁醇溶液的正丁醇溶液50mL。为此先按。为此先按正丁醇的摩尔质量和室温下的密度计算需用正

9、丁醇正丁醇的摩尔质量和室温下的密度计算需用正丁醇的体积。的体积。在在250ml容量瓶中容量瓶中装入三分之二装入三分之二的蒸馏水，然后的蒸馏水，然后用用10ml移液管或移液管或2ml刻度移液管吸取所需正丁醇体积刻度移液管吸取所需正丁醇体积放入容量瓶中，加水至刻度并混合均匀。装入放入容量瓶中，加水至刻度并混合均匀。装入50ml碱式滴定管，再用这一浓溶液配制下列浓度的稀溶碱式滴定管，再用这一浓溶液配制下列浓度的稀溶液各液各50mL：0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.16、0.2、0.24molL-1。2.溶液的配制溶液的配制 实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事

10、项思考题3.测定溶液的表面张力测定溶液的表面张力将已配好的正丁醇溶液，从稀到浓将已配好的正丁醇溶液，从稀到浓依次测定其表面张力。每次更换溶液时依次测定其表面张力。每次更换溶液时不必烘干试管及毛细管，只需用少量待不必烘干试管及毛细管，只需用少量待测溶液淌洗三次即可。实验完成后用蒸测溶液淌洗三次即可。实验完成后用蒸馏水洗净仪器，小烧杯中装入蒸馏水，馏水洗净仪器，小烧杯中装入蒸馏水，并将毛细管浸入水中保存并将毛细管浸入水中保存 。实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题4.试验数据记录表试验数据记录表浓度浓度(molL-1)0.000.020.040.060.08 高度差高度差(mm)浓

11、度浓度(molL-1)0.100.120.16 0.20.24 高度差高度差(mm)实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题1.以纯水测量结果按式（以纯水测量结果按式（4）计算）计算K值。纯水的表值。纯水的表面张力见附录。面张力见附录。2.计算各溶液的表面张力值。计算各溶液的表面张力值。3.作表面张力浓度图，曲线要求光滑。用镜象作表面张力浓度图，曲线要求光滑。用镜象法在曲线的整个范围内取法在曲线的整个范围内取10个点左右作切线，个点左右作切线，示得相应的示得相应的Z值。值。4.计算出值后，作出吸附等温线，即计算出值后，作出吸附等温线，即-c图。图。实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题1.在测量过程中，如果抽气速度过快，在测量过程中，如果抽气速度过快，对测量结果有何影响？对测量结果有何影响？2.如果毛细管的末端插入到溶液内部进如果毛细管的末端插入到溶液内部进行测量行吗？为什么？行测量行吗？为什么？3.本实验中为什么要读取最大压力差？本实验中为什么要读取最大压力差？4.表面张力仪的清洁与否和温度的不恒表面张力仪的清洁与否和温度的不恒定对测量数据在何影响？定对测量数据在何影响？