(教学3)最大泡压法测定溶液的表面张力概述

最大气泡法测定溶液的外表张力目的要求

1.测定不同浓度乙醇水溶液的外表张力,计算外表吸附量和乙醇分子的横截面积。2.了解外表张力的性质,外表自由能的意义以及外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。根本原理1.外表自由能物体外表分子和内局部子所处的境遇不同，外表层分子受到向内的拉力，所以液体外表都有自动缩小的趋势。如果把一个分子由内部迁移到外表，就需要对抗拉力而做功。在温度、压力和组成都恒定时，可逆地使外表增加ΔS所需对体系做的功，叫外表功，可表示为：

-A=ΔG=σΔSσ称为外表自由能，单位为J/m2。假设把σ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。2.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有关,从热力学方法可知它们之间的关系遵守吉布斯吸附方程:根据能量最低原那么,溶质能降低溶剂的外表张力时,外表层溶质的浓度比溶液内部大;反之,溶质使溶剂的外表张力升高时,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现象叫做溶液的外表吸附。Γ为外表吸附量(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·dm-3);R为气体常数。称为负吸附;

称为正吸附;

在σ-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。乙醇是外表活性物质,能降低溶剂的外表张力,它们在水溶液外表的排列情况随浓度不同而异:当浓度小时,分子可以平躺在外表上;浓度增大时,分子的极性基团取向溶剂内部,而非极性基团根本上取向空间;当浓度增大到一定程度时,溶质分子占据了所有外表,就形成饱和吸附层。以外表张力对浓度作图,可得到σ-C曲线,从图中可以看出,在开始时σ随浓度的增加而迅速下降,以后的变化比较缓慢。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(朗缪尔

)等温式表示：作(C/Γ)-C图,直线斜率的倒数即为Γ∞。如果以N代表1m2外表上溶质的分子数,那么有:N=Γ∞L因此,假设测得不同浓度下溶液的外表张力,从σ-C曲线上求出不同浓度的吸附量Γ,再从(C/Γ)-C直线上求出Γ∞,便可以计算出溶质分子的横截面积σB。可得每个溶质分子在外表上所占据的横截面积:σ=1/(ΓΓ∞)4.最大气泡法△Pmax=△Pr=P0-Pr=2σ/r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,液面沿毛细管上升,翻开抽气瓶的活塞缓缓放水抽气,测定管中的压力P逐渐减小,毛细管压力P0就会将管中液面压至管口,形成气泡,其曲率半径由大而小,直至恰好等于毛细管半径时,根据拉普拉斯公式,这时能承受的压力差也最大:那么σ=(r/2)ρg△h=K'△h最大压力差可用U型压力计中最大液柱差△h来表示:△Pmax=ρg

K'为仪器常数,可以用外表张力的物质测定。仪器与试剂

恒温装置一套烧杯〔25ml〕一个带有支管的试管〔附木塞〕1支毛细管〔半径为0.15mm~0.20mm)1根容量瓶〔50ml)8支数字式微压差测量仪1台低真空测压仪滴液漏斗支管试管毛细管实验步骤

1.安装仪器：洗净仪器并按图装置。对需枯燥的仪器作枯燥处理。2.配置乙醇溶液：分别配制0．02mol/L，0.05mol／L，0．10mol／L，0．15mol／L，0.20mol／L，0．25mol／L，0．30mol/L，0．35mol/L乙醇溶液各50mL。3.调节恒温为25℃。4.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，翻开滴液漏斗，控制滴液速度，使毛细管逸出的气泡，速度约为5s～10s1个。在毛细管口气泡读出U型管两边液面最大高度差可读三次，取其平均值。通过手册查出实验温度时水的外表张力，利用公式求出仪器常数K。5.待测样品外表张力的测定：用待测溶液洗净试管和毛细管，参加适量样品于试管中，按照仪器常数测定的方法，测定不同待测样品的计算其外表张力。

6.乙醇溶液的折光率测定：用每个样品测出后，随即用滴管吸取该溶液滴，置于棱镜上，用阿贝折光仪测其折光率nD查工作曲线得各样品的准确浓度。数据处理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K。2.由实验结果计算各份溶液的外表张力,并作~c曲线。3.在~c曲线上分别在0．050mol/L，0．100mol／L，0．150mol／L，0．200mol／L，0．250mol／L和0．300mol／L处作切线，分别求出各浓度的值，并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∞。实验本卷须知1.测定用的毛细管一定要洗干净，否那么气泡可能不能连续稳定地流过，而使压差计读数I不稳定，如发生此种现象，毛细管应重洗。2.毛细管一定要保持垂直，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。4.应读出气泡单个逸出时的最大压力差。5.与温度密切相关，应使外表张力仪浸入恒温槽的水中。讨论1.假设毛细管深入液面下Hcm，那么生成的气泡受到大气压和的静液压。如能准确测知H值，那么根据来测定值。但假设使毛细管口与液面相切，那么H＝0，消除了项，但每次测定时总不可能都使H＝0，故单