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实验六 溶液表面张力的测定 一、目的要求 1. 测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力,计算表面吸附量和乙醇分子的横截面积。 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。 4. 测定表面张力的方法 测定液体表面张力的方法很多，如最大泡压法法、吊环法。 （1）最大泡压法 附加压力和溶液的表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为 若毛细管管径较小，则形成的气泡可视为是球形的。气泡刚形成时，由于表面几乎是平的，所以曲率半径极大；当气泡形成半球形时，曲率半径等于毛细管管径，此时值曲率半径为最小；随着气泡的进一步增大，曲率半径又趋增大，直至逸出液面。 在实验中，若使用同一支毛细管，则 K’为毛细管常数。 在本实验中，用已知表面张力的水作为标准，求出仪器常数的值。然后只要用这一仪器测得其它液体的 值，通过上式计算，即可求得各种液体的表面张力。 三、实验步骤 1. 配置不同浓度的乙醇-水溶液60-70ml： 浓度参考：3%,6%,10%,15%,20%,25%,40% 配置方法：称重法 洗净烘干50ml碘量瓶，放到分析天平上称重后，归零。 用量筒量Xml乙醇于碘量瓶中，称重W1。再用另一个量筒量Yml纯水于碘量瓶中，称重W2。 计算溶液的准确浓度为(W1/W2)×100% 配好后盖紧塞子，以防挥发。 1）最大泡压法 1、样品管中装入蒸馏水，使液面与毛细管端面相切，注意保持毛细管与液面垂直。 2、打开抽气瓶活塞，让水缓慢流下，使毛细管中气泡逸出速度为5—10秒/个，压差为700-800Pa之间。记录压力计最大值，读数三次，求出平均值。 3、同法从稀到浓测定乙醇水溶液的P最大值。 2）吊环法 1、立即计算溶液的密度。 2、每次测定前，少量润洗测量杯，输入待测样品的密度，空气密度，环半径。 3. 开动仪器，测定溶液的表面张力。 四、数据处理 1. 由W%换算成 c。 2.根据测定的各份溶液的表面张力 g,并作 g~c曲线, 求得曲线方程。 3.在g~c曲线上取十个点，作切线求斜率，并且带入各浓度值，计算在各相应浓度下的Γ。 4. 用c/ Γ对c作图，应得一条直线，由直线斜率求出 Γ ∞。 5. 计算乙醇分子的横截面积A. 注意事项 吊环法测表面张力在一台仪器上测量 密度立即算，保留到小数点后三位，g/ml. 50ml溶液要测密度和表面张力，节约用。 测密度的溶液倒回碘量瓶，一起测g. 测定一个r，可以立即测定g。合理安排时间 碘量瓶、比重瓶不用洗涤。 * * 二、基本原理 1. 表面自由能 物体表面分子和内部分子所处的境遇不同，表面层分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。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、压力和组成都恒定时，可逆地使表面增加ΔA所需对体系做的功，叫表面功，可表示为： W =gΔA =ΔG g 称为表面自由能，单位为J/m2。若把g看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。 2. 溶液的表面吸附 （2）吉布斯吸附方程: 根据能量最低原则,溶质能降低溶剂的表面张力时,表面层溶质的浓度比溶液内部大;反之,溶质使溶剂的表面张力升高时,表面层中的浓度比内部的低。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。 （1）表面吸附: 称为负吸附; 称为正吸附; 溶液浓度较低时，可用浓度来代替活度 Γ为表面吸附量(单位:mol·m-2 );T为热力学温度(单位:K);C为稀溶液浓度(单位:mol·m-3 );R为气体常数。 乙醇是表面活性物质,能降低溶剂的表面张力,它们在水溶液表面的排列情况随浓度不同而异:当浓度小时,分子可以平躺在表面上;浓度增大时,分子的极性基团取向溶剂内部,而非极性基团基本上取向空间;当浓度增大到一定程度时,溶质分子占据了所有表面,就形成饱和吸附层。 在g-C曲线上任选一点i作切线,即可得该点所对应浓度Ci 的斜率 ，再由上式可求得不同浓度下的Γ值。 式中:Γ∞ 是饱和吸附量，K是常数，将上式取倒数可得: 3. 饱和吸附与溶质分子的横截面积 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： 作(C/Γ)-C图,直线斜率的倒数即为Γ∞ 。 如果以N代表1m2表面层的分子数，则: 式中, NA为Avo