物化实验表面张力测定解读.ppt

Department of Chemistry 最大气泡压力法测定溶液的表面张力 一、实验目的 二、实验原理 三、药品仪器 四、实验步骤 五、实验记录 六、数据处理 八、注意事项 九、思考题 七、结果分析与讨论 实验目的 1.掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技术； 2.通过对不同浓度乙醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能、表面张力和吸附量关系的理解。 实验原理 通常把增大一平方米表面所需的最大功A，或增大一平方米所引起的表面自由能的变化ΔG，称为单位表面的表面能，其单位为J·m-2；而把液体限制其表面及力图使它收缩的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力，其单位是N·m-1。液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。 如欲使液体表面面积增加ΔS 时，所消耗的可逆功A 应该是： －A＝ΔG＝σΔS （1） 对纯溶剂而言，其表面层与内部的组成是相同的，但对溶液来说却不然。当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化。根据能量最低原则，若溶质能降低溶剂的表面张力，则表面层中溶质的浓度应比溶液内部的浓度大，如果所加溶质能使溶剂的表面张力升高，那么溶质在表面层中的浓度应比溶液内部的浓度低。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。 在一定的温度和压力下，溶液表面吸附溶质的量与溶液的表面张力和加入的溶质量（即溶液的浓度）有关，它们之间的关系可用吉布斯（Gibbs）公式表示： 式中：? 为吸附量（mol·m-2 ）；σ为表面张力； T为绝对温度（K）； c为溶液浓度（mol·L-1）；R为气体常数（8.314J·K-1·mol-1）。 p大气＝p系统＋Δp 或 Δp＝p大气-p系统 （3） 附加压力Δp和溶液的表面张力σ成正比，与气泡的曲率半径R成反比，其关系式为 Δp＝ （4） 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R 极大；当气泡形成半球形时，曲率半径R 等于毛细管管径r ，此时R 值为最小；随着气泡的进一步增大，R 又趋增大，直至逸出液面。 这最大附加压力可由压力计上读出。 根据（4）式可知，当R= r 时，附加压力最大，为 Δpm＝ （5） （6） 药品仪器 1.阿贝折光仪 ； 2.恒温槽装置 ； 3.表面张力测定仪 ； 4.微压差测量仪 ； 5.滴液漏斗 ； 6.毛细管 ； 7.T形管 ； 8.无水乙醇 （AR），丙酮 （AR）； 9.等等。 阿贝折射仪示意图 1.反射镱 2.转轴 3.遮光扳 4.温度计 5.进光棱镱座 6.色散调节手轮 7.色散值刻度圈 8.目镱 9.盖扳 10.锁紧手轮 11.折射棱镱座 12.刻度盘聚光镱 13.温度计座 14.底座 15.折射率刻度调节手轮 16.偏差调节螺钉 17.壳体 18.恒温接头 DP-AW表面张力实验装置 实验步骤 仪器常数的测定 表面张力随溶液浓度变化的测定 1、 仪器常数的测定 打开滴液漏斗活塞，对体系减压，调节水流速度，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且每个气泡形成的时间不能少于10~20 s。否则吸附平衡就来不及在气泡表面建立起来，因而测得的表面张力也就不能反映该浓度下真正的表面张力值。记录最大压力差，连续读取三次，求其平均值。 再由手册中查出实验温度下水的表面张力σ水，则仪器常数K为： K=σ水/Δpm 2、表面张力随溶液浓度变化的测定 在上述体系中，用移液管移入0.2mL乙醇，用洗耳球打气数次，使溶液浓度均匀。然后调节液面，使之与毛细管端相切。用测定仪器常数的方法测定压力差，取溶液测折射率。然后依次加入0.3、0.5、0.7、1.2、1.7、2.7、3.7mL乙醇，每加入一次乙醇，测得一个最大压力差及折射率，从而测得一系列的压力差和折射率数据。 实验数据记录 实验日期： ；室温： ℃；气压： KPa 实验温度： ℃ 乙醇（mL） 0.2 0.3 0.5 0.7 1.2 1.7 2.7 3.7 折射率 对应浓度C 最大压力差Δpm 表面张力σ 数据处理 1.由K=σ水/Δpm求出K 值。 2.用表格列出各最大压力差及对应的折光率数值，并求得其表面张力和浓度的数值。 3.以浓度c为横坐标，表面张力σ为纵坐标作图。 4.在σ－c曲线上取若干点，分别作出曲线，求得其斜率m= 。 5.根据吉布斯吸附方程式求算各浓度得吸附量。并画出吸附量与浓度得关系图。 实验结果与讨论 ⑴结果：实测值为Γ= ⑵计算实验偏差： ⑶分析产生偏