实验六溶液表面张力的测定精.ppt
实验六溶液表面张力的测定第1页，本讲稿共19页一、目的要求一、目的要求 n1.测测定定不不同同浓浓度度乙乙醇醇水水溶溶液液的的表表面面张张力力,计计算算表表面面吸附量和乙醇分子的横截面积。吸附量和乙醇分子的横截面积。n 2.了了解解表表面面张张力力的的性性质质,表表面面自自由由能能的的意意义义以以及及表面张力和吸附的关系。表面张力和吸附的关系。第2页，本讲稿共19页二、基本原理二、基本原理 1.表面自由能表面自由能 物体表面分子和内部分子所物体表面分子和内部分子所处处的境遇不同，表面的境遇不同，表面层层分子受到向内的拉分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自力，所以液体表面都有自动缩动缩小的小的趋势趋势。如果把一个分子由内部迁移到表。如果把一个分子由内部迁移到表面，就需要面，就需要对对抗拉力而做功。在温度、抗拉力而做功。在温度、压压力和力和组组成都恒定成都恒定时时，可逆地使表，可逆地使表面增加面增加A所需所需对对体系做的功，叫体系做的功，叫表面功表面功，可表示，可表示为为：W=g gA=G g g 称称为为表面自由能，表面自由能，单单位位为为J/m2。若把。若把g g看作看作为为作用在界面上每作用在界面上每单单位位长长度度边缘边缘上的力，通常称上的力，通常称为为表面表面张张力。力。第3页，本讲稿共19页 2.溶液的表面吸附溶液的表面吸附（2）吉布斯吸附方程）吉布斯吸附方程:根根据据能能量量最最低低原原则则,溶溶质质能能降降低低溶溶剂剂的的表表面面张张力力时时,表表面面层层溶溶质质的的浓浓度度比比溶溶液液内内部部大大;反反之之,溶溶质质使使溶溶剂剂的的表表面面张张力力升升高高时时,表表面面层层中中的的浓浓度度比比内内部部的的低低。这这种种表表面面浓浓度度与与溶溶液液内内部部浓浓度度不不同同的的现现象象叫叫做做溶溶液的表面吸附液的表面吸附。（1）表面吸附）表面吸附:第4页，本讲稿共19页称称为负为负吸附吸附;称称为为正吸附正吸附;溶液溶液浓浓度度较较低低时时，可用，可用浓浓度来代替活度度来代替活度为为表表面面吸吸附附量量(单单位位:molm-2);T为为热热力力学学温温度度(单单位位:K);C为为稀稀溶溶液液浓浓度度(单单位位:molm-3);R为为气体常数。气体常数。第5页，本讲稿共19页 乙乙醇醇是是表表面面活活性性物物质质,能能降降低低溶溶剂剂的的表表面面张张力力,它它们们在在水水溶溶液液表表面面的的排排列列情情况况随随浓浓度度不不同同而而异异:当当浓浓度度小小时时,分分子子可可以以平平躺躺在在表表面面上上;浓浓度度增增大大时时,分分子子的的极极性性基基团团取取向向溶溶剂剂内内部部,而而非非极极性性基基团团基基本本上上取取向向空空间间;当当浓浓度度增增大大到到一一定定程程度度时时,溶溶质质分分子子占占据据了了所所有有表表面面,就就形形成成饱饱和吸附和吸附层层。第6页，本讲稿共19页在在g g-C曲曲线线上任上任选选一点一点i作切作切线线,即可得即可得该该点所点所对应浓对应浓度度Ci 的斜率的斜率 ，再由上式可求得不同，再由上式可求得不同浓浓度下的度下的值值。第7页，本讲稿共19页式中式中:是是饱饱和吸附量，和吸附量，K是常数，将上式取倒数可得是常数，将上式取倒数可得:3.饱饱和吸附与溶和吸附与溶质质分子的横截面分子的横截面积积 在一定的温度下，吸附量与溶液在一定的温度下，吸附量与溶液浓浓度之度之间间的关系由的关系由Langmuir等等温式表示：温式表示：作作(C/)-C图图,直直线线斜率的倒数即斜率的倒数即为为。第8页，本讲稿共19页如果以如果以N代表代表1m2表面层的分子数，则表面层的分子数，则:式中式中,NA为为Avogadro常数，常数，则每个分子的则每个分子的截面积截面积A A为为:第9页，本讲稿共19页4.测测定表面定表面张张力的方法力的方法n 测定液体表面张力的方法很多，如最大泡压法法、吊环法。n（1）最大泡压法第10页，本讲稿共19页n 当毛细管的下端端面与被测液体液面相切时，液体即沿毛细管上升。打开抽气瓶（滴液漏斗）的活塞进行缓慢放水抽气，此时测定管中的压力逐渐减小，由于毛细管内液面上所受的压力（）大于测定管中液面上的压力（），故毛细管内的液面逐渐下降，并从毛细管管端缓慢地逸出气泡。在气泡形成过程中，由于表面张力的作用，凹液面产生了一个指向液面外的附加压力，因此有下述关系：第11页，本讲稿共19页附加压力和溶液的表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为 若毛细管管径较小，则形成的气泡可视为是球形的。气泡刚形成时，由于表面几乎是平的，所以曲率半径极大；当气泡形成半球形时，曲率半径等于毛细管管径，此时值曲率半径为最小；随着气泡的进一步增大，曲率半径又趋增大，直至逸出液面。第12页，本讲稿共19页n在实验中，若使用同一支毛细管，则 nK为毛细管常数。在本实验中，用已知表面张力的水作为标准，求出仪器常数的值。然后只要用这一仪器测得其它液体的 值，通过上式计算，即可求得各种液体的表面张力。第13页，本讲稿共19页三、三、实验实验步步骤骤 1.配置不同配置不同浓浓度的乙醇度的乙醇-水溶液水溶液60-70ml：浓浓度参考：度参考：3%,6%,10%,15%,20%,25%,40%配置方法：称重法配置方法：称重法n洗净烘干洗净烘干50ml碘量瓶，放到分析天平上称重后，归零。碘量瓶，放到分析天平上称重后，归零。n用量筒量用量筒量Xml乙醇于碘量瓶中，称重乙醇于碘量瓶中，称重W1。再用另一个量筒量。再用另一个量筒量Yml纯水纯水于碘量瓶中，称重于碘量瓶中，称重W2。n计算溶液的准确浓度为计算溶液的准确浓度为(W1/W2)100%n配好后盖紧塞子，以防挥发。配好后盖紧塞子，以防挥发。第14页，本讲稿共19页2.测不同溶液的密度测不同溶液的密度n测定测定7种浓度的乙醇溶液和纯乙醇的密度种浓度的乙醇溶液和纯乙醇的密度n平行测定两次平行测定两次n计算公式计算公式 3.测定纯水、测定纯水、7种乙醇溶液的表面张力种乙醇溶液的表面张力第15页，本讲稿共19页1）最大泡压法n1、样品管中装入蒸馏水，使液面与毛细管端面相切，注意保持毛细管与液面垂直。n2、打开抽气瓶活塞，让水缓慢流下，使毛细管中气泡逸出速度为510秒/个，压差为700-800Pa之间。记录压力计最大值，读数三次，求出平均值。n3、同法从稀到浓测定乙醇水溶液的P最大值。第16页，本讲稿共19页2）吊环法n1、立即计算溶液的密度。n2、每次测定前，少量润洗测量杯，输入待测样品的密度，空气密度，环半径。n3.开动仪器，测定溶液的表面张力。第17页，本讲稿共19页四、数据处理四、数据处理 n1.由由W%换换算成算成 c。n2.根据根据测测定的各份溶液的表面定的各份溶液的表面张张力力 g g,并作并作 g gc曲线曲线,求得曲线方程。求得曲线方程。n3.在在g gc曲曲线线上上取取十十个个点点，作作切切线线求求斜斜率率，并并且且带带入入各各浓浓度度值值，计计算算在在各相各相应浓应浓度下的度下的。n4.用用c/对对c作作图图，应应得一条直得一条直线线，由直，由直线线斜率求出斜率求出 。n5.计计算乙醇分子的横截面算乙醇分子的横截面积积A.第18页，本讲稿共19页注意事项n吊环法测表面张力在一台仪器上测量n密度立即算，保留到小数点后三位，g/ml.n50ml溶液要测密度和表面张力，节约用。n测密度的溶液倒回碘量瓶，一起测g.n测定一个r，可以立即测定g。合理安排时间n碘量瓶、比重瓶不用洗涤。第19页，本讲稿共19页
