最大气泡法测定液体的表面张力(ppt 12).pptVIP

最大气泡法测定液体的表面张力 实验目的 掌握最大气泡法测定表面张力的原理和法。 测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力。 计算不同浓度时的吸附量，画出Γ-c等温吸附曲线。 实验原理 表面层的分子受到向内的拉力，所以液体的表面总是有收缩的趋势。为了使表面积增加，就必须对抗拉力向体系做功，若可逆地使表面积增加dA，这时对体系所做的功δW只是增加了表面积，这个功称为表面功。同时，在等温等压条件下，如果可逆地向体系做表面功，可表示为 dG=-δW=σdA 式中，σ称为比表面吉布斯自由能，简称为比表面能，表示组成不变，等温等压条件下，改变液体单位表面积时吉布斯自由能的改变值，其单位为J·m-2。σ也常被称为表面张力，表示作用在表面单位长度上的作用力，其单位是N·m-1，方向垂直于边界线，与表面相切。比表面能和表面张力本质上是同一个物理量，量纲也一致，但具有不同的物理意义。 在纯溶剂中加入溶质时，液体的表面张力会升高或降低。其升高或降低的程度与溶液的浓度和溶质、溶剂的性质有关。在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度之间的定量关系遵守吉布斯吸附等温方程式： 式中 Γ——界面上的吸附量，mol·m-2； σ——溶液的表面张力，N·m-1； c——溶液的浓度，mol·m-3。 最大气泡法测定表面张力的原理 实验装置如图所示。图中5为表面张力仪的样品管，其中间有一个直径为0.2-0.5mm的毛细管。1为精密数字压力计，用来测定微压差。将待测表面张力的液体盛于表面张力计的样品管中，使毛细管3的端面与液面相切，液面沿毛细管上升。打开减压瓶6的活塞，使里面的水慢慢滴出，则系统内的压力慢慢减小，毛细管液面受到一个比样品管中液面大的压力，逐渐将管中液体压至管口，并形成气泡。开始时气泡表面很平，曲率半径很大随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，形成半球时，气泡的曲率半径与毛细管的半径相等，曲率半径达最小值。直到气泡从毛细管口脱出。曲率半径最小时有最大的附加压力，在压力计上就有绝对值最大的读数。此时气泡的曲率半径就是毛细管的半径。 利用杨—拉普拉斯公式有： 式中 ?P——弯曲液面的附加压力，Pa； σ——溶液的表面张力，N·m-1； r——气泡最小曲率半径，即毛细管半径，m； 由上式可得： 式中K为毛细管常数，但因r很小，测量困难，所以使用已知表面张力的液体（通常为水）来测定毛细管常数，然后再进行其他溶液表面张力的测定。 1.仪器常数的测定 打开滴液漏斗活塞，调节水流速度，使气泡由毛细管底端成单泡逸出，且每个气泡形成间隔的时间不能少于10s。记录压力计绝对值最大的读数三次，取其平均值。 2.测定正丁醇溶液的表面张力 依次从稀到浓的顺序测量待测溶液的表面张力。每次更 换溶液时不必洗涤试管和毛细管，只需倒掉原溶液后， 用待测液荡洗试管两次即可，注意测表面活性剂溶液 时，溶液要沿管壁慢慢加入，防止大量起泡。测定时也 应放掉一些气泡后，才读出最大压差，不能让泡沫在液 面上过多堆积影响溶液浓度和形成静压差。 数据处理 根据溶液温度查表可知水的表面张力。 根据公式 ，可得各溶液的表面张力。 3．绘制σ-c曲线, 求出Γ，绘制Γ-c曲线。 实验注意事项 1．仪器系统不能漏气，并保证毛细管的尖 端和表面张力仪的清洁。 2．毛细管与液面应恰好相切。 3．要保证气泡一个个均匀产生，每一个气 泡的形成时间不少于10s。 4．每次加入正丁醇后，都要混合均匀。 思考问题 最大泡压法测定表面张力时为什么要测定仪器常数？ 用最大泡压法测定易发泡液体的表面张力时应注意哪些问题？ 有些物质（如十二烷基硫酸钠）用最大泡压法测定其溶液的表面张力往往和用其它方法（如滴重法）测量结果相差较大，试简单分析其原因。 （dσ/dc)t0时，则Γ0称为正吸附； （dσ/dc)t 0，Γ 0称为负吸附。 前者表明加入溶液使液体表面张力下降，此类物质称为表面活性物质。 后者表明加入溶质使液体表面张力升高，此类物质称非表面活性物质。 浓度对表面张力和吸附量的影响 表面张力测量装置图 1．数字压力计，2．恒温水槽，3．毛细管， 4．温度计，5．样品管，6．滴液漏斗 表面张力测量装置图 实验步骤