2022年最大泡压法测定溶液的表面张力 .docx

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1、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

2、 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Jm-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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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- - - - - - -