实验六溶液表面张力的测定

实验六溶液表面张力的测定第1页，课件共19页，创作于2023年2月一、目的要求

1.测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力,计算表面吸附量和乙醇分子的横截面积。

2.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。第2页，课件共19页，创作于2023年2月二、基本原理

1.表面自由能

物体表面分子和内部分子所处的境遇不同，表面层分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。如果把一个分子由内部迁移到表面，就需要对抗拉力而做功。在温度、压力和组成都恒定时，可逆地使表面增加ΔA所需对体系做的功，叫表面功，可表示为：

W=gΔA=ΔGg称为表面自由能，单位为J/m2。若把g看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。

第3页，课件共19页，创作于2023年2月

2.溶液的表面吸附

（2）吉布斯吸附方程:根据能量最低原则,溶质能降低溶剂的表面张力时,表面层溶质的浓度比溶液内部大;反之,溶质使溶剂的表面张力升高时,表面层中的浓度比内部的低。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。（1）表面吸附:第4页，课件共19页，创作于2023年2月称为负吸附;

称为正吸附;

溶液浓度较低时，可用浓度来代替活度Γ为表面吸附量(单位:mol·m-2);T为热力学温度(单位:K);C为稀溶液浓度(单位:mol·m-3);R为气体常数。第5页，课件共19页，创作于2023年2月

乙醇是表面活性物质,能降低溶剂的表面张力,它们在水溶液表面的排列情况随浓度不同而异:当浓度小时,分子可以平躺在表面上;浓度增大时,分子的极性基团取向溶剂内部,而非极性基团基本上取向空间;当浓度增大到一定程度时,溶质分子占据了所有表面,就形成饱和吸附层。

第6页，课件共19页，创作于2023年2月在g-C曲线上任选一点i作切线,即可得该点所对应浓度Ci

的斜率，再由上式可求得不同浓度下的Γ值。第7页，课件共19页，创作于2023年2月式中:Γ∞是饱和吸附量，K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在一定的温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir等温式表示：作(C/Γ)-C图,直线斜率的倒数即为Γ∞。第8页，课件共19页，创作于2023年2月如果以N代表1m2表面层的分子数，则:式中,NA为Avogadro常数，则每个分子的截面积A为:第9页，课件共19页，创作于2023年2月4.测定表面张力的方法测定液体表面张力的方法很多，如最大泡压法法、吊环法。（1）最大泡压法第10页，课件共19页，创作于2023年2月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，课件共19页，创作于2023年2月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，课件共19页，创作于2023年2月在实验中，若使用同一支毛细管，则K’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，课件共19页，创作于2023年2月三、实验步骤

1.配置不同浓度的乙醇-水溶液60-70ml：浓度参考：3%,6%,10%,15%,20%,25%,40%

配置方法：称重法洗净烘干50ml碘量瓶，放到分析天平上称重后，归零。用量筒量Xml乙醇于碘量瓶中，称重W1。再用另一个量筒量Yml纯水于碘量瓶中，称重W2。计算溶液的准确浓度为(W1/W2)×100%配好后盖紧塞子，以防挥发。第14页，课件共19页，创作于2023年2月2.测不同溶液的密度测定7种浓度的乙醇溶液和纯乙醇的密度平行测定两次计算公式

3.测定纯水、7种乙醇溶液的表面张力第15页，课件共19页，创作于2023年2月1）最大泡压法1、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。2、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5—10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。3、同法从稀到浓测定乙醇水溶液的P最大值。第16页，课件共19页，创作于2023年2月2）吊环法1、立即计算溶液的密度。2、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。3.开动仪器，测定溶液的表面张力。第17页，课件共19页，创作于2023年2月四、数据处理1.由W%换算成c。2.根据测定的各份溶液的表面张力

g,并作

g~c曲线,求得曲线方程。3.在g~c曲线上取十个点，作切线求斜率，并且带入各浓度值，计算在各相应浓度下的Γ。

4.用c/Γ对c作图，应得一条直线，由直线斜率求出

Γ∞。5.计算乙醇分子的横截面积A.第18页，课件共19页，创作于2023年2月注意事