大气泡法测定溶液的表面张力ppt课件

1、最大气泡法测定溶液的外表张力最大气泡法测定溶液的外表张力新乡学院化学与化工学院物理化学教研室目的要求目的要求 1. 测定不同浓度乙醇水溶液的外表张力测定不同浓度乙醇水溶液的外表张力,计算外表吸计算外表吸附量和乙醇分子的横截面积。附量和乙醇分子的横截面积。 2. 了解外表张力的性质了解外表张力的性质,外表自在能的意义以及外外表自在能的意义以及外表张力和吸附的关系。表张力和吸附的关系。 3. 掌握用最大气泡法测定外表张力的原理和技术。掌握用最大气泡法测定外表张力的原理和技术。根本原理根本原理 1. 外表自在能外表自在能 物体外表分子和内部分子所处的境遇不同，外表层分子遭到向内物体外表分子和内部分子

2、所处的境遇不同，外表层分子遭到向内的拉力，所以液体外表都有自动减少的趋势。假设把一个分子由的拉力，所以液体外表都有自动减少的趋势。假设把一个分子由内部迁移到外表，就需求对抗拉力而做功。在温度、压力和组成内部迁移到外表，就需求对抗拉力而做功。在温度、压力和组成都恒定时，可逆地使外表添加都恒定时，可逆地使外表添加S所需对体系做的功，叫外表功，所需对体系做的功，叫外表功，可表示为：可表示为： -A=G=S称为外表自在能，单位为称为外表自在能，单位为J/m2。假设把。假设把看作为作用在界面上看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，通常称为外表张力。每单位长度边缘上的力，通常称为外表张力。 2. 溶液的

3、外表吸附溶液的外表吸附 在指定的温度和压力下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溶质的吸附量与溶液的外表张力及溶液的浓度有关的浓度有关,从热力学方法可知它们之间的关系遵守吉布斯吸附从热力学方法可知它们之间的关系遵守吉布斯吸附方程方程: 根据能量最低原那么根据能量最低原那么,溶质能降低溶剂的外表张力时溶质能降低溶剂的外表张力时,外表层溶质外表层溶质的浓度比溶液内部大的浓度比溶液内部大;反之反之,溶质使溶剂的外表张力升高时溶质使溶剂的外表张力升高时,外表层外表层中的浓度比内部的低。这种外表浓度与溶液内部浓度不同的景中的浓度比内部的低。这种外表浓度与溶液内部浓度不同的景象叫做溶液

4、的外表吸附。象叫做溶液的外表吸附。 为外表吸附量为外表吸附量(单位单位:molm-2 );T为热力学温度为热力学温度(单位单位:K);C为稀为稀溶液浓度溶液浓度(单位单位:moldm-3 );R为气体常数。为气体常数。 TdCdRTC)( 0, 0 则则dCd 称为负吸附称为负吸附; 0, 0 则则dCd 称为正吸附称为正吸附; 在在-C曲线上任选一点曲线上任选一点i作切线作切线,即可得该点所对应浓度即可得该点所对应浓度Ci 的斜率，的斜率， 再由上式可求得不同浓度下的再由上式可求得不同浓度下的值。值。 乙醇是外表活性物质乙醇是外表活性物质,能降低溶剂的外表张力能降低溶剂的外表张力,它们在水溶

5、液外表它们在水溶液外表的陈列情况随浓度不同而异的陈列情况随浓度不同而异:当浓度小时当浓度小时,分子可以平躺在外表上分子可以平躺在外表上;浓度增大时浓度增大时,分子的极性基团取向溶剂内部分子的极性基团取向溶剂内部,而非极性基团根本上而非极性基团根本上取向空间取向空间;当浓度增大到一定程度时当浓度增大到一定程度时,溶质分子占据了一切外表溶质分子占据了一切外表,就就构成饱和吸附层。构成饱和吸附层。 以外表张力对浓度作图以外表张力对浓度作图,可得到可得到-C曲线曲线,从图中可以看出从图中可以看出,在开场在开场时时随浓度的添加而迅速下降随浓度的添加而迅速下降,以后的变化比较缓慢。以后的变化比较缓慢。Td

6、Cd)( 式中式中: 是饱和吸附量，是饱和吸附量，K是常数，将上式取倒数可得是常数，将上式取倒数可得:3. 饱和吸附与溶质分子的横截面积饱和吸附与溶质分子的横截面积在一定的温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由在一定的温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir等温等温式表示：式表示：KCKC 1KCCC 1 作作(C/)-C图图,直线斜率的倒数即为直线斜率的倒数即为 。 假设以假设以N代表代表1m2 外表上溶质的分子数外表上溶质的分子数,那么有那么有:N= L 因此因此,假设假设 测得不同浓度下溶液的外表张力测得不同浓度下溶液的外表张力,从从-C曲线上求出不曲线上求出不同浓度的吸附量同

7、浓度的吸附量,再从再从(C/)-C直线上求出直线上求出 ,便可以计算出溶便可以计算出溶质分子的横截面积质分子的横截面积B 。 可得每个溶质分子在外表上所占据的横截面积可得每个溶质分子在外表上所占据的横截面积: = 1/( ) 4. 最大气泡法最大气泡法Pmax =Pr =P0 -Pr =2/r 将被测液体装于测定管中将被测液体装于测定管中,使玻璃管下端毛细管面与液面相切使玻璃管下端毛细管面与液面相切,液面液面沿毛细管上升沿毛细管上升,翻开抽气瓶的活塞渐渐放水抽气翻开抽气瓶的活塞渐渐放水抽气,测定管中的压力测定管中的压力P逐渐减小逐渐减小,毛细管压力毛细管压力P0 就会将管中液面压至管口就会将管

8、中液面压至管口,构成气泡构成气泡,其曲其曲率半径由大而小率半径由大而小,直至恰好等于毛细管半径时直至恰好等于毛细管半径时,根据拉普拉斯公式根据拉普拉斯公式,这时能接受的压力差也最大这时能接受的压力差也最大: 那么那么=(r/2)gh=Kh 最大压力差可用最大压力差可用U型压力计中最大液柱差型压力计中最大液柱差h来表示来表示:Pmax =g K为仪器常数为仪器常数,可以用知外表张力的物质测定。可以用知外表张力的物质测定。 仪器与试剂仪器与试剂 恒温安装恒温安装 一套一套烧杯烧杯25 ml 一个一个带有支管的试管附木塞带有支管的试管附木塞 1支支毛细管半径为毛细管半径为0.15mm0.20mm)1

9、根根容量瓶容量瓶50ml)8支支数字式微压差丈量仪数字式微压差丈量仪 1台台低真空测压低真空测压仪仪滴液漏斗滴液漏斗支管试管支管试管毛细管毛细管实验步骤实验步骤 1.安装仪器：洗净仪器并按图安装。对需枯燥的仪器作枯安装仪器：洗净仪器并按图安装。对需枯燥的仪器作枯燥处置。燥处置。 2.配置乙醇溶液：配置乙醇溶液：分别配制分别配制002mol/L，0.05molL，010molL，015molL，0.20molL，025molL，030mol/L，035mol/L乙醇溶液各乙醇溶液各50mL。 3. 调理恒温为调理恒温为25。 4.仪器常数测定仪器常数测定 先以蒸馏水作为待测液测定其仪器常数。方法

10、是将枯燥先以蒸馏水作为待测液测定其仪器常数。方法是将枯燥的毛细管垂直地插到使毛细管的端点刚好与水面相切，翻的毛细管垂直地插到使毛细管的端点刚好与水面相切，翻开滴液漏斗，控制滴液速度，使毛细管逸出的气泡，速度开滴液漏斗，控制滴液速度，使毛细管逸出的气泡，速度约为约为5s10s1个。在毛细管口气泡读出个。在毛细管口气泡读出U型管两边液面最型管两边液面最大高度差大高度差 可读三次，取其平均值。经过手册可读三次，取其平均值。经过手册 查出查出实验温度时水的外表张力，利用公式实验温度时水的外表张力，利用公式 求出仪器常数求出仪器常数K。 maxh max/hK 5.待测样品外表张力的测定：用待测溶液洗净

11、试管和毛待测样品外表张力的测定：用待测溶液洗净试管和毛细管，参与适量样品于试管中，按照仪器常数测定的方法，细管，参与适量样品于试管中，按照仪器常数测定的方法，测定不同待测样品的测定不同待测样品的 计算其外表张力计算其外表张力 。 maxh 6.乙醇溶液的折光率测定：用每个样品测出乙醇溶液的折光率测定：用每个样品测出 后，随后，随即用滴管汲取该溶液滴，置于棱镜上，用阿贝折光仪测其即用滴管汲取该溶液滴，置于棱镜上，用阿贝折光仪测其折光率折光率nD查义务曲线得各样品的准确浓度。查义务曲线得各样品的准确浓度。maxh 数据处置数据处置 1.由附录表中查出实验温度时水的外表张力，算出毛细管常数由附录表中

12、查出实验温度时水的外表张力，算出毛细管常数K。 2.由实验结果计算各份溶液的外表张力由实验结果计算各份溶液的外表张力 ,并作并作 c曲线。曲线。3.在在 c曲线上分别在曲线上分别在0050mol/L，0100molL，0150molL，0200molL，0250molL和和0300molL处作切线，分别求出各浓度的处作切线，分别求出各浓度的 值，并计算在各相值，并计算在各相应浓度下的应浓度下的。 4. 用用c/ 对对c作图，应得一条直线，由直线斜率求出作图，应得一条直线，由直线斜率求出 。Tdcd 实验本卷须知实验本卷须知 1.测定用的毛细管一定要洗干净，否那么气泡可以不能测定用的毛细管一定要

13、洗干净，否那么气泡可以不能延续稳定地流过，而使压差计读数延续稳定地流过，而使压差计读数I不稳定，如发生此种不稳定，如发生此种景象，毛细管应重洗。景象，毛细管应重洗。 2.毛细管一定要坚持垂直，管口刚好插到与液面接触。毛细管一定要坚持垂直，管口刚好插到与液面接触。 3.杂质对的影响很大，配制溶液应使蒸馏水。杂质对的影响很大，配制溶液应使蒸馏水。4.应读出气泡单个逸出时的最大压力差。应读出气泡单个逸出时的最大压力差。5.与温度亲密相关，应使外表张力仪浸入恒温槽的水中。与温度亲密相关，应使外表张力仪浸入恒温槽的水中。讨论讨论 1.假设毛细管深化液面下假设毛细管深化液面下Hcm，那么生成的气泡遭到大气压和，那么生成的气泡遭到大气压和的静液压。如能准确测知的静液压。如能准确测知H值，那么根据值，那么根据来测定值。但假设使毛细管口与液面相切，那么来测定值。但假设使毛细管口与液面相切，那么H0，消除，消除了项，但每次测定时总不可以都使了项，但每次测定时总不可以都使H0，故单管式外表张力仪，故单管式外表张力仪总会引入一定的误差。总会引入一定的误差