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表面張力的測定.ppt

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表面張力的測定.ppt

1,溶液表面張力的測定,2,一.目的要求:,掌握最大泡壓法測定表面張力的原理; 了解表面張力的性質(zhì)、表面能的意義以及表面張力和吸附的關系; 測定不同濃度正丁醇溶液的表面張力,計算吸附量, 由表面張力的實驗數(shù)據(jù)求分子的截面積。,3,二.實驗原理:,從熱力學觀點來看,液體表面縮小是一個自發(fā)過程,這是使體系總自由能減小的過程,欲使液體產(chǎn)生新的表面A,就需對其做功,其大小應與A成正比: WA 在純液體情況下,表面層的組成與內(nèi)部的組成相同,因此液體降低體系表面自由能的唯一途徑是盡可能縮小其表面積。對于溶液,由于溶質(zhì)會影響表面張力,因此可以調(diào)節(jié)溶質(zhì)在表面層的濃度來降低表面自由能。 根據(jù)能量最低原理,溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力時,表面層中溶質(zhì)的濃度比溶液內(nèi)部大;反之,溶質(zhì)使溶劑的表面張力升高時,它在表面層中的濃度比在內(nèi)部的濃度低,這種表面濃度與內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象叫做溶液的表面吸附。,4,在指定的溫度和壓力下,溶質(zhì)的吸附量與溶液的表面張力及溶液的濃度之間的關系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程 :,式中:為氣液界面上的吸附量(單位為molm-2) T為熱力學溫度(K) c為溶液濃度(moldm-3) R為摩爾氣體常數(shù),當 0稱為正吸附;當 0時, 0稱為負吸附。 前者表明加入溶質(zhì)使液體表面張力下降,此類物質(zhì)叫表面活性物質(zhì);后者表明加入溶質(zhì)使液體表面張力升高,此類物質(zhì)叫非表面活性物質(zhì)。本實驗測定正吸附情況。,5,表面張力與濃度的關系圖,從c曲線作不同濃度c時的切線,把切線的斜率代入Gibbs吸附公式,即可求出不同濃度時,氣液界面上的吸附量。,6,在一定溫度下,吸附量與溶液濃度之間的關系由Langmuir吸附等溫方程式表示: 為飽和吸附量,K為經(jīng)驗常數(shù),與溶質(zhì)的表面活性大小有關。將上式化成直線方程,則 若以對c作圖可得一直線,其直線斜率即可求出為。 在表面達到飽和吸附時,乙醇分子在氣液界面上鋪滿一單分子層,則可應用下式求得乙醇分子的橫截面積S0。,7,最大泡壓法的測定原理,8,若毛細管內(nèi)空氣壓力比液面上壓力大,則在毛細管地步能形成空氣泡。當這兩個壓力之差,即附加壓力大到足以克服氣泡的表面張力時,空氣泡將脫離毛細管底部而逸出。附加壓力與表面張力成正比,與氣泡的曲率半徑成反比,其關系式為 因毛細管半徑為定值,同一儀器的 是常數(shù)k, 則上式變?yōu)?式中的儀器常數(shù)k可用已知表面張力的標準物質(zhì)測得(本實驗用蒸餾水)。,9,三.儀器試劑等:,儀器: 最大泡壓法表面張力儀1套;移液管(50mL,1支、1mL,1支);燒杯(500mL,1個);吸耳球1個; U型壓力計,試劑: 正丁醇(A.R.) 蒸餾水,10,四.實驗步驟:,1. 儀器準備與檢漏 :將蒸餾水注入張力儀中,通過抽氣調(diào)節(jié)液面使之恰好與毛細管尖端相切。打開抽氣瓶活塞,使體系內(nèi)的壓力有一定降低,關閉抽氣瓶活塞,若23min內(nèi)壓力計液面高度差不變,則說明體系不漏氣,可以進行實驗。 2. 儀器常數(shù)的測量 : 打開抽氣瓶活塞,調(diào)節(jié)抽氣速度,使氣泡由毛細管尖端成單泡逸出,且每個氣泡形成的時間約為510s。記錄壓力計讀數(shù),連續(xù)讀取三次,取其平均值。由水的表面張力,可求儀器常數(shù)。,11,3. 表面張力隨溶液濃度變化的測定 : 用少量0.005mol/L正丁醇溶液潤洗表面張力儀,注入正丁醇溶液以使液面恰與毛細管尖端相切,同步驟2的操作,記錄壓力差計的液面高度差,連續(xù)讀取三次,取其平均值。然后依次換取0.15mol/L、0.25mL、0.35mol/L、0.45mol/L、0.50mol/L正丁醇溶液,每換一次測定一次壓力差h最大,平行測定三次,取平均值。,12,五.注意事項:,.儀器系統(tǒng)不能漏氣。 .所用毛細管必須干凈、干燥,應保持垂直,其管口剛好與液面相切。 .讀取壓力計的壓差時,應取氣泡單個逸出時的最大壓差。,13,六.數(shù)據(jù)處理:,1. 計算儀器常數(shù)K和溶液表面張力,繪制C等溫線。 2. 作切線求Z,并求出,C/。 3. 繪制C,C/C等溫線,求并計算So。,14,七.思考題:,1.用最大泡壓法測定表面張力時為什么要讀最大壓力差? 2.毛細管尖端為何必須調(diào)節(jié)得恰與液面相切?否則對實驗有何影響? 3. 最大泡壓法測定表面張力時為什么要讀最大壓力差?如果氣泡逸出的很快,或幾個氣泡一齊出,對實驗結(jié)果有無影響? 4. 本實驗選用的毛細管尖的半徑大小對實驗測定有何影響?若毛細管不潔凈會不會影響測定結(jié)果?,

注意事項

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