測(cè)定溶液的表面張力

會(huì)計(jì)學(xué)1測(cè)定溶液的表面張力基本原理

1.表面自由能物體表面分子和內(nèi)部分子所處的境遇不同，表面層分子受到向內(nèi)的拉力，所以液體表面都有自動(dòng)縮小的趨勢(shì)。如果把一個(gè)分子由內(nèi)部遷移到表面，就需要對(duì)抗拉力而做功。在溫度、壓力和組成都恒定時(shí)，可逆地使表面增加ΔS所需對(duì)體系做的功，叫表面功，可表示為：

-A=ΔG=σΔSσ稱為表面自由能，單位為J/m2。若把σ看作為作用在界面上每單位長(zhǎng)度邊緣上的力，通常稱為表面張力。

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2.溶液的表面吸附

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有關(guān),從熱力學(xué)方法可知它們之間的關(guān)系遵守吉布斯吸附方程:

根據(jù)能量最低原則,溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力時(shí),表面層溶質(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(shí),表面層中的濃度比內(nèi)部的低。這種表面濃度與溶液內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象叫做溶液的表面吸附。第2頁/共17頁Γ為表面吸附量(單位:mol·m-2);T為熱力學(xué)溫度(單位:K);C為稀溶液濃度(單位:mol·dm-3);R為氣體常數(shù)。稱為負(fù)吸附;

稱為正吸附;

第3頁/共17頁在σ-C曲線上任選一點(diǎn)i作切線,即可得該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)濃度Ci

的斜率，再由上式可求得不同濃度下的Γ值。乙醇是表面活性物質(zhì),能降低溶劑的表面張力,它們?cè)谒芤罕砻娴呐帕星闆r隨濃度不同而異:當(dāng)濃度小時(shí),分子可以平躺在表面上;濃度增大時(shí),分子的極性基團(tuán)取向溶劑內(nèi)部,而非極性基團(tuán)基本上取向空間;當(dāng)濃度增大到一定程度時(shí),溶質(zhì)分子占據(jù)了所有表面,就形成飽和吸附層。以表面張力對(duì)濃度作圖,可得到σ-C曲線,從圖中可以看出,在開始時(shí)σ隨濃度的增加而迅速下降,以后的變化比較緩慢。第4頁/共17頁△Pmax=△Pr=P0-Pr=2σ/r將被測(cè)液體裝于測(cè)定管中,使玻璃管下端毛細(xì)管面與液面相切,液面沿毛細(xì)管上升,打開抽氣瓶的活塞緩緩放水抽氣,測(cè)定管中的壓力P逐漸減小,毛細(xì)管壓力P0就會(huì)將管中液面壓至管口,形成氣泡,其曲率半徑由大而小,直至恰好等于毛細(xì)管半徑時(shí),根據(jù)拉普拉斯公式,這時(shí)能承受的壓力差也最大:第5頁/共17頁△P1=2σ1/r△P2=2σ2/rσ1/rσ2=△P1/△P2第6頁/共17頁儀器與試劑

恒溫裝置一套燒杯（25ml）一個(gè)帶有支管的試管（附木塞）1支毛細(xì)管（半徑為0.15mm~0.20mm)1根容量瓶（50ml)8支數(shù)字式微壓差測(cè)量?jī)x1臺(tái)第7頁/共17頁低真空測(cè)壓儀滴液漏斗支管試管毛細(xì)管第8頁/共17頁實(shí)驗(yàn)步驟

1.安裝儀器：洗凈儀器并按圖裝置。對(duì)需干燥的儀器作干燥處理。

2.配置乙醇溶液：分別配制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。第9頁/共17頁

4.水的表面張力(儀器常數(shù))測(cè)定先以蒸餾水作為待測(cè)液測(cè)定其儀器常數(shù)。方法是將干燥的毛細(xì)管垂直地插到使毛細(xì)管的端點(diǎn)剛好與水面相切，打開滴液漏斗，控制滴液速度，使毛細(xì)管逸出的氣泡，速度約為5s～10s1個(gè)。在毛細(xì)管口氣泡讀出U型管兩邊液面最大高度差可讀三次，取其平均值。通過手冊(cè)查出實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)水的表面張力，利用公式求出儀器常數(shù)K。第10頁/共17頁

5.待測(cè)樣品表面張力的測(cè)定：用待測(cè)溶液洗凈試管和毛細(xì)管，加入適量樣品于試管中，按照儀器常數(shù)測(cè)定的方法，測(cè)定不同待測(cè)樣品的計(jì)算其表面張力。

第11頁/共17頁數(shù)據(jù)處理1.由附錄表中查出實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)水的表面張力，算出毛細(xì)管常數(shù)K。2.由實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算各份溶液的表面張力

,并作

~c曲線。3.在~c曲線上分別在0．050mol/L，0．100mol／L，0．150mol／L，0．200mol／L，0．250mol／L和0．300mol／L處作切線，分別求出各濃度的值，并計(jì)算在各相應(yīng)濃度下的Γ。

4.用c/Γ對(duì)c作圖，應(yīng)得一條直線，由直線斜率求出

?！?。第12頁/共17頁1、將實(shí)驗(yàn)點(diǎn)連成平滑的曲線；2、過曲線上點(diǎn)作曲線的切線；3、由切線的斜率得到偏導(dǎo)數(shù)的值。第13頁/共17頁實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

1.測(cè)定用的毛細(xì)管一定要洗干凈，否則氣泡可能不能連續(xù)穩(wěn)定地流過，而使壓差計(jì)讀數(shù)I不穩(wěn)定，如發(fā)生此種現(xiàn)象，毛細(xì)管應(yīng)重洗。2.毛細(xì)管一定要保持垂直，管口剛好插到與液面接觸。3.雜質(zhì)對(duì)的影響很大，配制溶液應(yīng)使蒸餾水。4.應(yīng)讀出氣泡單個(gè)逸出時(shí)的最大壓力差。5.與溫度密切相關(guān)，應(yīng)使表面張力儀浸入恒溫槽的水中。第14頁/共17頁討論1.若毛細(xì)管深入液面下Hcm，則生成的氣泡受到大氣壓和的靜液壓。如能準(zhǔn)確測(cè)知H值，則根據(jù)來測(cè)定值。但若使毛細(xì)管口與液面相切，則H＝0，消除了項(xiàng)，但每次測(cè)定時(shí)總不可能都使H＝0，故單管式表面張力儀總會(huì)引入一定的誤差。2.測(cè)定表面張