14表面张力的测定01.ppt

* 实验内容 * * 2. 通过对不同浓度正丁醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能和表面吸附量关系的理解 1.掌握最大气泡法测定表面张力的方法 一、实验目的 * 二、基本要求 一、理解测定表面张力的原理 三、 通过对表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能等概念的理解 二、掌握一种测定表面张力的方法 四、 掌握数据处理的一些基本技巧 * 一方面，受到液体内层的邻近分子的吸引 (1) 液体的内部的 任何分子周围的吸引力是平衡的。 (2) 液体的表面： 另一方面，受到液面外部气体分子的吸引，前者的作用要比后者大 因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力（如图左图所示） 三、基本原理 * 液体表面具有自动缩小的趋势。这是一个自发的过程。这是使体系总自由能减小的过程。但欲使液体产生新的表面ΔA，就需对其做功，其大小应与ΔA成正比：－W，＝σ·ΔA ，σ为T，P和组成恒定时每增加单位表面积时所必须对体系所做的可逆非膨胀功。也可以说增加单位表面积时体系自由能的增加值。 三、基本原理 (3)表面自由能： * 这个数据转变为表面层分子比内部分子多余的自由能因此σ又称为表面自由能。单位是J.m-2。这个数据也可以看做作用在界面上每单位长度边缘上的力，这种力称为表面张力，其单位是N·m-1。 三、基本原理 4. 表面张力 在两相(特别是气-液)界面上，处处存在着这种张力，力图缩小表面积。且垂直于表面的边界，指向液体方向并与表面相切。 与表面张力有关的因素： 溶质的性和浓度。 温度，温度愈高，表面张力愈小。 * (5)吉布斯公式 σ为表面张力（J.m-2）。 Γ为表面吸附量(mol.m-2) 表示在一定温度下表面张力随浓度的改变率。 三、基本原理 如要降低体系的表面自由能，就尽可能缩小表面积。如果要缩小表面积，就要使溶剂的表面张力降低。根据能量最低原理。要降低表面张力，就要使溶液表面上的溶质浓度增大。一些有机物和表面活性物质可以达到这种目的。 这种溶液的表面和内部浓度不同的现象称为吸附。这种吸附和溶液的浓度及表面张力有关。 * 三、基本原理 0，Г0 溶质能增加溶剂的表面张力， 溶液表面层的浓度小于内部的浓度。 0， Г0 溶质能降低溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度。 正吸附作用 负吸附作用 * 三、基本原理 用图解法计算溶液的吸附量。a点的斜率为 以不同的浓度对其相应的Г可作出曲线，Г＝f(C)称为吸附等温线。 * 气泡形成过程 将毛细管口与液面相切时，液面沿毛细管上升（？）。由于表面张力的作用，凹液面产生一个指向液面外的附加压力△P，因此有以下关系： △P =P大气-P系统 三、基本原理 （6）最大气泡法原理 如果减小系统压力。液面下降，此时液面上受到一个大于毛细管外液面上的压力差△P 。到达管口时，如果此压差稍大于毛细管口的张力时，气泡就从毛细管口逸出。 * 用已知表面张力的液体作为标准，可以测得仪器常数K，从而可以测定其它未知液体的表面张力。 三、基本原理 如果毛细管半径为R，气泡从毛细管口逸出时向下的总压力为πR2ΔP最大。气泡在管口受到的表面张力引起的作用力为2πRσ。此时πR2ΔP最大= 2πRσ。得到 * （7）最大吸附量的 Г∞ 求法： Langmuir等温吸附方程式表示： K:经验常数 将上式整理得： 以c/Г 对c 作图可得到一条直线，其斜率的倒数为Г∞ （8）每个分子的截面积A∞为: NA为Avogadro常数 三、基本原理 若已知溶质的密度ρ，分子量M，就可计算出吸附层厚度δ * * 四、仪器和试剂 最大气泡法表面张力测定装置 * 恒温槽装置；数字微压差计（或U型管压差计）； 滴液漏斗（250rnL）l个；支管试管（φ25×20cm） 毛细管（0.2～0.3mm）1支； 烧杯（250mL）； T形管1个；重蒸馏水；正丁醇（AR）； 四、仪器和试剂 * 五、实验步骤 1、将仪器仔细洗涤干净，调节恒温槽温度为25℃。 2、样品管中装入蒸馏水，使液面与毛细管端面向切，注意保持毛细管与液面垂直。 * 五、实验步骤 5、同法测定各浓度下正丁醇水溶液的△P的平均值。 3、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。 4、纪录压力计最大值，重复三次，求出水的△P的平均值。 浓度（mol/L） P最大（Pa） * 六、数据记录与处理 （1）按下表将所得数据记入下表 （2）利用公式计算毛细管常数K （3）由正丁醇溶液的实验数据计算各溶液的表面张力，并作σ—C曲线。 （4）由σ—C曲线分别求出各浓度的Γ值。 浓度（mol/L） P最大（P