正六丁醇分子大小的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)六正丁醇分子大小的測(cè)定1前言1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?） 測(cè)得不同濃度正丁醇溶液用最大氣泡法產(chǎn)生的最大壓力差。2） 求得正丁醇分子的大小。1.2實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)采用最大氣泡法測(cè)量溶液表面張力，即測(cè)量氣泡逸出時(shí)的最大壓力差。先測(cè)定已知表面張力的水的最大壓力差，標(biāo)定儀器常數(shù)。然后依次測(cè)定濃度為0.02mol/L-i、0.04mol/L-i、0.06mol/L-i、0.09mol/L-i、0.12mol/L-i、0.16mol/L-i、0.20mol/L-i和0.24mol/L-i的正丁醇溶液的最大壓力差。分別算出各濃度正丁醇溶液的表面張力后，將數(shù)據(jù)代入吉布斯吸附方程，算出表面吸附量。再將表面吸附量代入Langmuir吸附等溫式，算出飽和吸附量后計(jì)算每個(gè)正丁醇分子所占面積。1.3實(shí)驗(yàn)原理最大氣泡法是測(cè)定液體表面張力的方法之一，它的基本原理如下：當(dāng)玻璃毛細(xì)管一端與液體接觸，并通過(guò)時(shí)滴液漏斗內(nèi)水往下滴來(lái)減小系統(tǒng)壓力，可以在液面的毛細(xì)管口處形成氣泡。氣泡的半徑在形成過(guò)程中先由大變小，然后再由小變大。設(shè)氣泡在形成過(guò)程中始終保持球形，則氣泡內(nèi)外的壓力差^p（即毛細(xì)管內(nèi)壓力減去系統(tǒng)壓力）與氣泡的半徑r、液體表面張力y之間的關(guān)系可又拉普拉斯（Laplace）公式表示，即Ap=攵 （1）r顯然，在氣泡形成過(guò)程中，氣泡半徑由大變小，再由小變大，所以壓力差勻則由小變大，然后再由大變小。當(dāng)氣泡半徑r等于毛細(xì)管半徑R時(shí)，壓力差達(dá)到最大值A(chǔ)P。因此max0哈 ⑵由此可見(jiàn)，通過(guò)測(cè)定R與APax，即可求得液體的表面張力，APmax可由數(shù)字式微壓差測(cè)量?jī)x測(cè)出。由于毛細(xì)管的半徑較小，直接測(cè)量R誤差較大。通常用一已知表面張力為Y0的液體（如水、甘油等）作為參考液體，實(shí)驗(yàn)測(cè)得其對(duì)應(yīng)的最大壓力差為APmax?？傻帽粶y(cè)液體的表面張力r1=y2（Ap1/Ap2）=KAp1 （3）式中：K為儀器常數(shù)，本實(shí)驗(yàn)中通過(guò)測(cè)定已知30°C時(shí)表面張力為71.18mN/m的水的八?2來(lái)標(biāo)定。對(duì)純?nèi)軇┒?，表面層與內(nèi)部的組成是相同的，但對(duì)溶液來(lái)說(shuō)卻不然。當(dāng)加入溶質(zhì)后，溶劑的表面張力會(huì)發(fā)生變化。根據(jù)能量最低原則，溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力時(shí)，表面層中溶質(zhì)的濃度比溶液內(nèi)部的大，反之，溶質(zhì)使溶劑的表面張力升高時(shí)，它在表面層中的濃度比在內(nèi)部的濃度低。這種表面濃度與溶液內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象叫做溶液的表面吸附。顯然，在指定的溫度和壓力下，溶液表面吸附溶質(zhì)的量與溶液的表面張力和加入溶質(zhì)的量（即溶液的濃度）有關(guān)，從熱力學(xué)方法可知它們間的關(guān)系遵守吉布斯吸附方程：「二一￡［糾 （4）RTIdC）T式中：r吸附量（mol/m-2）；y為表面張力（N/m）；T為絕對(duì)溫度；c為溶液濃、.. dv\ . ..度（mol/m3）；R為氣體常數(shù)，R=8.314J?mol-1?K-1。當(dāng)上<0時(shí)，：r>0，此IdC）T時(shí)溶液表面層的濃度大于溶液本體的濃度，稱(chēng)為正吸附；當(dāng)（丑］>0時(shí)，正好"dCJT相反，「<0，稱(chēng)為負(fù)吸附。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定相同溫度下各種濃度溶液的表面張力v，繪出v-c曲線，將v-c曲線上對(duì)應(yīng)某一濃度c處的斜率f業(yè)］求出，然后代入吉布斯吸附方程，"dCJT即可求出吸附量r。將「］、「2.??對(duì)c作圖，就可得到吸附等溫線。若在溶液表面上的吸附是單分子層的吸附，則滿足Langmuir吸附等溫式

「=3 ⑸式中：L為溶液?jiǎn)挝槐砻嫔仙w滿單分子層溶質(zhì)時(shí)的飽和吸附量；K為特性常數(shù)，它取決于吸附質(zhì)的吸附特性。1Kr將1Kr（6）以c/r對(duì)c作圖，可得一直線，斜率為1/r，截距為1/（kr），進(jìn)而可求3 3 3得匚和K。通過(guò)r3可以計(jì)算出每個(gè)被吸附的表面活性物質(zhì)分子在表面上所占的面積，即：q=1/（TN? （7）式中NA為阿伏加德羅常數(shù)本實(shí)驗(yàn)采用最大氣泡法測(cè)定乙醇水溶液的表面張力，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。它的作用是測(cè)定氣泡剛好從浸沒(méi)在液體表面下的毛細(xì)管口逸出時(shí)所需的壓力。圖1.最大氣泡法測(cè)定表面張力的實(shí)驗(yàn)裝置圖1.精密恒溫水槽；2.帶有毛細(xì)管的表面張力儀；3.滴液漏斗；4.數(shù)字式微壓差測(cè)量?jī)x2實(shí)驗(yàn)方法2.1實(shí)驗(yàn)儀器和試劑儀器：表面張力測(cè)定裝置1套；精密恒溫水槽1套；數(shù)字式微壓差測(cè)量?jī)x1臺(tái)；50mL容量瓶8?12個(gè)；50mL堿式滴定管1支。試劑：正丁醇（AR）；去離子水。2.2實(shí)驗(yàn)步驟1） 調(diào)節(jié)恒溫槽，使之恒定在所要求的溫度（30°C）。2） 準(zhǔn)備試劑。配置0.5mol/L的正丁醇溶液250mL（實(shí)驗(yàn)室已完成）。3） 配置溶液。用堿式滴定管量取0.5mol/L的正丁醇溶液，將其在100mL容量瓶中稀釋成濃度分別為0.02mol/L、0.04mol/L、0.06mol/L、0.09mol/L、0.12mol/L、0.16mol/L、0.2mol/L和0.24mol/L的稀溶液，每配置完一瓶溶液即將其掛入恒溫槽內(nèi)恒溫。4） 儀器常數(shù)測(cè)定。用洗液洗凈大試管及毛細(xì)管外壁，然后用自來(lái)水和去離子水洗之，再將適量去離子水裝于洗凈的大試管中，蓋好帶毛細(xì)管的標(biāo)準(zhǔn)磨口，防止漏氣，并使毛細(xì)管尖端剛好與液面接觸并保持垂直。緩慢打開(kāi)滴液漏斗旋塞，以使氣泡從毛細(xì)管尖端盡可能緩慢、均勻地鼓出，讀取并記錄最大壓力差△p，連續(xù)讀2次，取其平均值。5） 正丁醇溶液表面張力測(cè)定。按上述方法由稀到濃測(cè)定不同濃度正丁醇溶液的△p。把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表1。3結(jié)果與討論表1中的第二列最大壓力差從數(shù)字式微壓差測(cè)量?jī)x上直接讀出，第三列為各濃度正丁醇溶液測(cè)得的最大壓力差的平均值，已知 30C時(shí)水的表面張力為71.18mN/m，第四列溶液表面張力由公式（3）算得，儀器常數(shù)K=0.0938mN/(m?Pa)。

表1止J醇溶液表面張力的測(cè)定,…、a 一入,\」、, … ， （dy）— 、， ，—濃度（mol/L）Ap（測(cè)）/PaAp（均）（Pa）y（mN/m） r（10-6mol/m2）c/r（107/m）kdC）T0.0075975975975971.18-252.410/0.0271972172067.52-217.171.721.16280.0467367367363.11-185.552.941.36050.06631630630.559.13-157.563.751.60000.09585586585.554.91-128.384.581.96510.1255755555652.14-108.355.162.32560.1652352152248.95-89.015.652.83180.20489492490.546.00-70.505.603.57140.24464463463.543.97-59.255.644.2553以表1中的第一列濃度c和第四列表面張力Y為源數(shù)據(jù)，用origin作圖2。(-(-圖2.yc圖表1中的第五列先是利用origin中的微分工具求圖2中曲線上各點(diǎn)斜率求得,

但在后續(xù)計(jì)算中發(fā)現(xiàn)無(wú)法得到理想的吉布斯等溫曲線，所以改為用excel擬合曲

線公式：Y=28.373e-i.9926+39.254,公式求導(dǎo)后代入相應(yīng)濃度，即可得第五列。表1中的第六列r由公式（4）求得，在公式（4中），T=303.15K，y的單位為

……八. —_..-一-……、（dv\….…八一… 一N/m,c的單位為mol/m-3,所以需要對(duì)得到的斜率也進(jìn)行單位換算，及乘以"dC*10-6。以表1中的第一列濃度c和第六列吸附量r為源數(shù)據(jù)，用excel作圖3,得吉布斯等溫曲線。0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25c(103mol/m3)圖3.r-c圖以表1中的第一列濃度c和第七列為源數(shù)據(jù)，用excel作圖4。圖4.c/r-c圖4.c/r-c圖由公式（6）可知，直線斜率k=1/r=139180，截距b=1/（Kr）=7661。r=7.18494?10-6mol/m2，K=18.17L/mol。由公式（7）知，每個(gè)正丁醇分子在溶液表面上所占的截面積為2.31?10-19m2,查閱