2022年最大泡压法测定溶液的表面张力 .docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 最大泡压法测定溶液的外表张力一、试验目的1.测定不同浓度正丁醇溶液的外表张力,运算吸附量；2.明白气液界面的吸附作用,运算外表层被吸附分子的截面积及吸附层的厚度；3.把握最大气泡法或扭力天平测定溶液外表张力的原理和技术；二、预习要求1.把握最大气泡法或扭力天平测定外表张力的原理,明白影响外表张力测定的因素；2.明白如何由外表张力的试验数据求分子的截面积；3.把握如何由试验数据运算吸附量；三、试验原理 从热力学观点来看,液体外表缩小是一个自发过程,这是使体系总自由能减小的过程,欲使液体产生新的外表 A,就需对其做功,其大小应与 A 成正比 : 1 假如 A 为 1m2,就 -W= 是在恒温恒压下形成1m2新外表所需的可逆功,所以 称为比外表吉布斯自由能,其单位为J·m-2；也可将 看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力,称为外表张力,其单位是N· m-1；在定温下纯液体的外表张力为定值,当加入溶质形成溶液时,外表张力发生变化,其变化的大小打算于溶质的性质和加入 量的多少；依据能量最低原理,溶质能降低溶剂的外表张力时,外表层中溶质的浓度 比溶液内部大；反之,溶质使溶剂的外表张力上升时,它在外表层中的浓度比在内部 的浓度低,这种外表浓度与内部浓度不同的现象叫做溶液的外表吸附；在指定的温度 和压力下,溶质的吸附量与溶液的外表张力及溶液的浓度之间的关系遵守吉布斯Gibbs 吸附方程 : 2 式中, 为溶质在表层的吸附量; 为外表张力;C 为吸附到达平稳时溶质在介质中的浓度；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 6 页精选学习资料 - - - - - - - - - 当<0 时, >0称为正吸附；当>0 时, <0称为负吸附；吉布斯吸附等温式应用范畴很广,但上述形式仅适用于稀溶液；引起溶剂外表张力显著降低的物质叫外表活性物质,被吸附的外表活性物质分子 在界面层中的排列,打算于它在液层中的浓度,这可由图-23-1 看出；图 -23-1 中1 和 2 是不饱和层中分子的排列,3 是饱和层分子的排列；当界面上被吸附分子的浓度增大时,它的排列方式在转变着,最终,当浓度足够 大时,被吸附分子盖住了全部界面的位置,形成饱和吸附层,分子排列方式如图 -23-13 所示； 这样的吸附层是单分子层,随着外表活性物质的分子在界面上愈益紧密排列,就此界面的外表张力也就逐步减小；假如在恒温下绘成曲线 =f C外表张力等温线 ,当 C 增加时, 在开头时显著下降,而后下降逐步缓慢下来,以至 的变化很小,这时 的数值恒定为某一常数 见图 -23-2 ；利用图解法进行运算非常便利,如图 -23-2 所示,经过切点 a 作平行于横坐标的直线,交纵坐标于 b 点；以 Z 表示切线和平行线在纵坐标上截距间的距离,明显 Z 的长度等于,图 -23-1 被吸附的分子在界面上的排列图 -23-2 外表张力和浓度关系图3 名师归纳总结 以不同的浓度对其相应的 可作出曲线, =fC称为吸附等温线；第 2 页,共 6 页依据朗格谬尔Langmuir 公式 : - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 4 为饱和吸附量,即外表被吸附物铺满一层分子时的 ,5 以 C/ 对 C 作图,得始终线,该直线的斜率为 1/ ；由所求得的 代入 A=1/ L 可求被吸附分子的截面积 L 为阿佛加得罗常数 ；假设已知溶质的密度 ,分子量 M ,就可运算出吸附层厚度 6 测定溶液的外表张力有多种方法,较为常用的有最大气泡法和扭力天平法；最大泡压法一、结构原理最大气泡法的仪器装置如右图所示 : A 为外表张力仪,其中间玻璃管F 下端一段直径为的毛细管,B 为布满水的抽气瓶, C 为 U 型压力计,内盛比重较小的水或酒精、甲苯等,作为工作介质,以测定微压差；将待测外表张力的液体装于外表张力仪中,使F 管的端面与液面相切,液面即沿名师归纳总结 毛细管上升,打开抽气瓶的活塞慢慢抽气,毛细管内液面上受到一个比A 瓶中液面上第 3 页,共 6 页大的压力, 当此压力差 附加压力 p=p 大气 -p 系 统 在毛细管端面上产生的作用力稍大于- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 毛细管口液体的外表张力时,气泡就从毛细管口脱出,此附加压力与外表张力成正比,与气泡的曲率半径成反比,其关系式为 : 7 式中, p 为附加压力； 为外表张力；R 为气泡的曲率半径；假如毛细管半径很小,就形成的气泡基本上是球形的；当气泡开头形成时,外表几乎是平的,这时曲率半径最大;随着气泡的形成,曲率半径逐步变小,直到形成半球形,这时曲率半径R 和毛细管半径r 相等,曲率半径达最小值,依据上式这时附加压力达最大值；气泡进一步长大,R 变大,附加压力就变小,直到气泡逸出；依据上式,R=r 时的最大附加压力为: 8 实际测量时,使毛细管端刚与液面接触,就可忽视气泡鼓泡所需克服的静压力,这样就可直接用上式进行运算；当用密度为 的液体作压力计介质时,测得与 p 最大相适应的最大压力差为 h最大就 : 9 当将合并为常数K 时,就上式变为: 10 式中的仪器常数 K 可用已知外表张力的标准物质测得；二、仪器药品 1.仪器只；最大泡压法外表张力仪 1 套 ;吸耳球 1 个；移液管 50mL 和 1mL 各 1 只 ;烧杯 500mL2.药品正丁醇 化学纯 ;蒸馏水；三、试验步骤 1.仪器预备与检漏将外表张力仪容器和毛细管先用洗液洗净,再顺次用自来水和蒸馏水漂洗,烘干名师归纳总结 后按图-23-3 按好；第 4 页,共 6 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 将水注入抽气管中；在 A 管中用移液管注入50mL 蒸馏水, 用吸耳球由G 处抽气,调剂液面,使之恰好与细口管尖端相切；然后关紧G 处活塞,再打开活塞H,这时管B 中水流出,使体系内的压力降低,当压力计中液面指示出假设干厘米的压差时,关 闭 H,停止抽气；假设 2min 3min 内,压力计液面高度差不变,就说明体系不漏气,可以进行试验；2.仪器常数的测量 开 H 对体系抽气,调剂抽气速度,使气泡由毛细管尖端成单泡逸出,且每个气泡形成的时间为10s 20s数显微压差测量仪为5s 10s ；假设形成时间太短,就吸附平衡就来不及在气泡外表建立起来,测得的外表张力也不能反映该浓度之真正的外表张力值；当气泡刚脱离管端的一瞬时,压力计中液面差到达最大值,记录压力计两边最高和最低读数,连续读取三次,取其平均值；外表张力 ,就仪器常数3.外表张力随溶液浓度变化的测定、再由手册中,查出试验温度时,水的在上述体系中,用移液管移入正丁醇,用吸耳球打气数次 留意打气时,务必使体系成为放开体系；否就,压力计中的液体将会被吹出,使溶液浓度匀称,然后调剂液面与毛细管端相切,用测定仪器常数的方法测定压力计的压力差；然后依次加入、 、正丁醇,每加一次测定一次压力差 h 最大； 正丁醇的量始终加到饱和为止,这时压力计的 h最大值几乎不再随正丁醇的加 入而变化；四、留意事项1.仪器系统不能漏气；2.所用毛细管必需洁净、干燥,应保持垂直,其管口刚好与液面相切；3.读取压力计的压差时,应取气泡单个逸出时的最大压力差；五、数据处理1.运算仪器常数K 和溶液外表张力,绘制 C 等温线；2.作切线求Z,并求出 , C/ ； 并运算A 和 ；3.绘制 C,C/ C 等温线,求【摸索问题】名师归纳总结 1.毛细管尖端为何必需调剂得恰与液面相切.否就对试验有何影响. 第 5 页,共 6 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2.最大气泡法测定外表张力时为什么要读最大压力差.假如气泡逸出的很快,或几名师归纳总结 个气泡一齐出,对试验结果有无影响. 第 6 页,共 6 页- - - - - - -