实验十一最大气泡法测定溶液的表面张力报告.pdfVIP

实验十一 最大气泡法测定溶液的表面张力 11.1 实验目的 11.1.1 测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和正丁醇分子的横 截面积； 11.1.2 了解表面张力的性质，表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系； 11.1.3 掌握用最大泡压法测定表面张力的原理和技术。 11.2 实验原理 11.2.1 表面自由能 物体表面分子和内部分子所处的境遇不同，表面分子受到向内的拉力，所以 液体表面都有自动缩小趋势。如果把一个分子由内部迁移到表面，就需要对抗拉 力而做功。在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面增加 dA 所需做的功，叫表 面功，可表示为： -δW ′= σdA (11.1) 式中，σ 为比例常数。 σ 在数值上等于当 T、p 和组成恒定的条件下增加单位表面积时所必须对体系 做的可逆非膨胀功，也可以说是每增加单位表面积时体系自由能的增加值。环境 对体系作的表面功转变为表面层分子比内部分子多余的自由能。因此，σ 称为表面 自由能，其单位是J ·m-2 。若把σ 看作为作用于每单位长度边缘上的力，通常称为 表面张力。 从另外一方面考虑表面现象，特别是观察气液界面的一些现象，可以觉察到 表面上处处存在着一种张力，它力图缩小表面积，此力称为表面张力，其单位是 N ·m-1 。表面张力是液体的搬弄是重要特性之一。与所处的温度、压力、浓度以及 共存的另一相的组成有关。纯液体的表面张力通常是指该液体与饱和了其本身蒸 气的空气共存的情况而言。 11.2.2 溶液的表面吸附 纯液体表面层的组成与内部组成层相同，因此，液体降低体系表面自由能的 唯一途径是尽可能缩小其表面积。对于溶液则由于溶质会影响表面张力，因此可 以调节溶质在表面的浓度来降低表面自由能。 1 根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度应 比溶液的内部来得大；反之溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓度 比在内部的浓度来得低，这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表 面吸附。从热力学方法可知它们之间的关系遵守 Gibbs 吸附方程： c    Γ     (11.2) 式中： R T  c  T Γ— 表面吸附量(mol·m-2 ) σ— 溶液表面张力(N·m-1) T— 热力学温度(K) c— 溶液浓度(mol·m-3 ) -1 -1 . . R — 气体常数(8.3145J K mol ) 。 以表面张力σ 对溶液浓度 c 作图，可得到 σ—c 曲线，在σ—c 曲线上任选一 点 I 作切线，即可得该点所对应浓度 c 的斜率(dσ/dc ) ,可求得不同浓度下的 Γ 值 i i T 和得出 Γ—c 的关系图。 在一定的温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由 Langmuir 等温式表示： Kc Γ  Γ  (11.3) 1 Kc 式中： Γ — 表面饱和吸附量(mol·m-2 ) ∞ K— 经验常数(与溶质的表面活性大小有关) 将(11.3)式转化成直线方程为： c c 1   Γ Γ KΓ (11.4)