物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)電子教案

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)電子教案主講：解慶范副教授祝大家愉快學(xué)習(xí)，輕松提高！2024/1/18實(shí)驗(yàn)12外表張力的測(cè)定實(shí)驗(yàn)12液外表張力的測(cè)定—最大氣泡法2024/1/1812.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?.掌握最大氣泡法測(cè)定外表張力的原理和技術(shù)。2.經(jīng)過對(duì)不同濃度乙醇溶液外表張力的測(cè)定，加深對(duì)外表張力、外表自在能和外表吸附量關(guān)系的了解。2024/1/1812.2實(shí)驗(yàn)原理圖12-1分子間作用力表示圖在液體的內(nèi)部任何分子周圍的吸引力是平衡的?？墒窃谝后w外表層的分子卻不一樣。由于外表層的分子，一方面遭到液體內(nèi)層的臨近分子的吸引，另一方面遭到液面外部氣體分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。因此在液體外表層中，每個(gè)分子都遭到垂直于液面并指向液體內(nèi)部的不平衡力〔如圖12－l所示〕。2024/1/1812.2實(shí)驗(yàn)原理這種吸引力使外表上的分子向內(nèi)擠促成液體的最小面積。要使液體的外表積增大就必需求對(duì)抗分子的內(nèi)向力而作功添加分子的位能。所以說分子在外表層比在液體內(nèi)部有較大的位能，這位能就是外表自在能。通常把增大一平方米外表所需的最大功A或增大一平方米所引起的外表自在能的變化值ΔG稱為單位外表的外表能其單位為J．m-3。而把液體限制其外表及力圖使它收縮的單位直線長(zhǎng)度上所作用的力，稱為外表張力，其單位是N.m-1。2024/1/1812.2實(shí)驗(yàn)原理液體單位外表的外表能和它的外表張力在數(shù)值上是相等的。欲使液體外表積添加△S時(shí)，所耗費(fèi)的可逆功A為：〔3-125〕液體的外表張力與溫度有關(guān)，溫度愈高，外表張力愈小。到達(dá)臨界溫度時(shí)，液體與氣體不分，外表張力趨近于零。液體的外表張力也與液體的純度有關(guān)。在純真的液體〔溶劑〕中假設(shè)摻進(jìn)雜質(zhì)〔溶質(zhì)〕，外表張力就要發(fā)生變化，其變化的大小決議于溶質(zhì)的本性和參與量的多少。2024/1/1812.2實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)參與溶質(zhì)后，溶劑的外表張力要發(fā)生變化，。根據(jù)能量最低原理，假設(shè)溶液質(zhì)能降低溶劑的外表張力，那么外表層溶質(zhì)的濃度應(yīng)比溶液內(nèi)部的濃度大；假設(shè)所加溶質(zhì)能使溶劑的外表張力添加，那么，外表層溶液質(zhì)的濃度應(yīng)比內(nèi)部低。這種景象為溶液的外表吸附。用吉布斯公式(Gibbs)表示：

〔3-126〕式中：為外表吸附量(mol.m-2)，σ為外表張力〔J.m-2〕。表示在一定溫度下外表張力隨濃度的改動(dòng)率。即：<0，Г>0，溶質(zhì)能添加溶劑的外表張力，溶液外表層的濃度大于內(nèi)部的濃度，稱為正吸附作用?！?〕2024/1/1812.2實(shí)驗(yàn)原理〔2〕>0，Г<0，溶質(zhì)能添加溶劑的外表張力，溶液外表層的濃度小于內(nèi)部的濃度，稱為負(fù)吸附作用。根據(jù)式〔3-126〕，經(jīng)過測(cè)定溶液的濃度隨外表張力的變化關(guān)系可以求得不同濃度下溶液的外表吸附量。

如圖3-77是最大氣泡法測(cè)定外表張力的安裝。待測(cè)液體置于支管試管中，使毛細(xì)管端面與液面相切，液面隨時(shí)毛細(xì)管上升。翻開滴液漏斗緩慢抽氣。此時(shí)，由于毛細(xì)管液面所受壓力大于支管試管液圖3-77最大氣泡法外表張力測(cè)定安裝1-滴液漏斗，2-支管試管，3-毛細(xì)管，4-恒溫槽，5-壓差計(jì)2024/1/1812.2實(shí)驗(yàn)原理

〔3-128〕

面所受壓力，毛細(xì)管液面不斷下降，將從毛細(xì)管緩慢析出氣泡。如圖3-78所示。在氣泡構(gòu)成的過程中，由于外表張力的作用，凹液面產(chǎn)生一個(gè)指向液面外的附加壓力△P，因此有以下關(guān)系：P大氣=P系統(tǒng)+△P〔3-127〕圖3-78氣泡構(gòu)成過程附加壓力與外表張力成正比，與氣泡的曲率半徑R成反比。2024/1/1812.2實(shí)驗(yàn)原理假設(shè)毛細(xì)管管徑較小，那么構(gòu)成的氣泡可視為球形。氣泡剛構(gòu)成時(shí)，由于外表幾乎是平的，所以曲率半徑R極大；當(dāng)氣泡構(gòu)成半球形時(shí)，曲率半徑R等于毛細(xì)管半徑r，此時(shí)R值最小。隨著氣泡的進(jìn)一步增大，R又趨增大，直至逸出液面。R=r時(shí)，附加壓力最大：

〔3-129〕2024/1/1812.2實(shí)驗(yàn)原理最大附加壓力由數(shù)字微壓差計(jì)讀出。用數(shù)字微壓差計(jì)可以直接度出壓差的值〔Pa〕，體系的導(dǎo)氣管接數(shù)字微壓差計(jì)的負(fù)壓口〔L〕、正壓口接〔H〕與大氣相通。假設(shè)用U型管壓差，最大壓差那么以△hm表示，設(shè)ρ為任務(wù)介質(zhì)密度，g為重力加速度，那么：2024/1/1812.2實(shí)驗(yàn)原理〔3-130〕〔3-131〕在實(shí)驗(yàn)中，運(yùn)用同一支毛細(xì)管和壓差計(jì)，1/2rρg為常數(shù)〔儀器常數(shù)〕，用K表示，即：σ=K△hm〔3-132〕用知外表張力的液體作為規(guī)范，可以測(cè)得儀器常數(shù)K，從而可以測(cè)定其它求知液體的外表張力。2024/1/1812.2實(shí)驗(yàn)原理吸附量與濃度之間的關(guān)系可以用Langmuir等溫吸附方程式表示：〔3-133〕式中，?！逓轱柡臀搅?k為閱歷常數(shù)。將上式整理得：

〔3-134〕以c/Г∞對(duì)c作圖可得到一條直線，其斜率的倒數(shù)為Г∞。2024/1/1812.2實(shí)驗(yàn)原理假設(shè)以N代表1m2外表層的分子數(shù)，那么:(3-)式中,NA為Avogadro常數(shù)，那么每個(gè)分子的截面積A∞為:(3-)2024/1/1812.3