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1,,溶液表面張力的測定,,2,一.目的要求：,掌握最大泡壓法測定表面張力的原理； 了解表面張力的性質、表面能的意義以及表面張力和吸附的關系； 測定不同濃度正丁醇溶液的表面張力，計算吸附量, 由表面張力的實驗數據求分子的截面積。,3,二.實驗原理：,從熱力學觀點來看，液體表面縮小是一個自發(fā)過程，這是使體系總自由能減小的過程，欲使液體產生新的表面ΔA，就需對其做功，其大小應與ΔA成正比： －W′＝σΔA 在純液體情況下，表面層的組成與內部的組成相同，因此液體降低體系表面自由能的唯一途徑是盡可能縮小其表面積。對于溶液，由于溶質會影響表面張力，因此可以調節(jié)溶質在表面層的濃度來降低表面自由能。 根據能量最低原理，溶質能降低溶劑的表面張力時，表面層中溶質的濃度比溶液內部大；反之，溶質使溶劑的表面張力升高時，它在表面層中的濃度比在內部的濃度低，這種表面濃度與內部濃度不同的現象叫做溶液的表面吸附。,4,在指定的溫度和壓力下，溶質的吸附量與溶液的表面張力及溶液的濃度之間的關系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程 ：,,式中：Γ為氣—液界面上的吸附量（單位為molm-2） T為熱力學溫度（K） c為溶液濃度（moldm-3） R為摩爾氣體常數,當 0稱為正吸附；當 0時，Γ 0稱為負吸附。 前者表明加入溶質使液體表面張力下降，此類物質叫表面活性物質；后者表明加入溶質使液體表面張力升高，此類物質叫非表面活性物質。本實驗測定正吸附情況。,5,表面張力與濃度的關系圖,從σ—c曲線作不同濃度c時的切線，把切線的斜率代入Gibbs吸附公式，即可求出不同濃度時，氣—液界面上的吸附量Г。,6,,,在一定溫度下，吸附量與溶液濃度之間的關系由Langmuir吸附等溫方程式表示： Г∞為飽和吸附量，K為經驗常數，與溶質的表面活性大小有關。將上式化成直線方程，則 若以對c作圖可得一直線，其直線斜率即可求出為Г∞。 在表面達到飽和吸附時，乙醇分子在氣—液界面上鋪滿一單分子層，則可應用下式求得乙醇分子的橫截面積S0。,,,,7,最大泡壓法的測定原理,8,若毛細管內空氣壓力比液面上壓力大，則在毛細管地步能形成空氣泡。當這兩個壓力之差，即附加壓力大到足以克服氣泡的表面張力時，空氣泡將脫離毛細管底部而逸出。附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑成反比，其關系式為 因毛細管半徑為定值，同一儀器的 是常數k, 則上式變?yōu)?式中的儀器常數k可用已知表面張力的標準物質測得（本實驗用蒸餾水）。,,,9,三.儀器試劑等：,儀器: 最大泡壓法表面張力儀1套；移液管(50mL，1支、1mL，1支)；燒杯(500mL，1個)；吸耳球1個； U型壓力計,試劑： 正丁醇(A.R.) 蒸餾水,10,四.實驗步驟：,1. 儀器準備與檢漏 ：將蒸餾水注入張力儀中，通過抽氣調節(jié)液面使之恰好與毛細管尖端相切。打開抽氣瓶活塞，使體系內的壓力有一定降低，關閉抽氣瓶活塞，若2～3min內壓力計液面高度差不變，則說明體系不漏氣，可以進行實驗。 2. 儀器常數的測量 ： 打開抽氣瓶活塞，調節(jié)抽氣速度，使氣泡由毛細管尖端成單泡逸出，且每個氣泡形成的時間約為5～10s。記錄壓力計讀數，連續(xù)讀取三次，取其平均值。由水的表面張力σ，可求儀器常數。,11,,3. 表面張力隨溶液濃度變化的測定 ： 用少量0.005mol/L正丁醇溶液潤洗表面張力儀，注入正丁醇溶液以使液面恰與毛細管尖端相切，同步驟2的操作，記錄壓力差計的液面高度差，連續(xù)讀取三次，取其平均值。然后依次換取0.15mol/L、0.25mL、0.35mol/L、0.45mol/L、0.50mol/L正丁醇溶液，每換一次測定一次壓力差Δh最大，平行測定三次，取平均值。,12,五.注意事項：,１.儀器系統(tǒng)不能漏氣。 ２.所用毛細管必須干凈、干燥，應保持垂直，其管口剛好與液面相切。 ３.讀取壓力計的壓差時，應取氣泡單個逸出時的最大壓差。,13,六.數據處理：,1. 計算儀器常數K和溶液表面張力σ，繪制σ—C等溫線。 2. 作切線求Z，并求出Г，C/Г。 3. 繪制Г—C，C/Г—C等溫線，求Г∞并計算So。,14,七.思考題：,1.用最大泡壓法測定表面張力時為什么要讀最大壓力差？ 2.毛細管尖端為何必須調節(jié)得恰與液面相切？否則對實驗有何影響？ 3. 最大泡壓法測定表面張力時為什么要讀最大壓力差？如果氣泡逸出的很快，或幾個氣泡一齊出，對實驗結果有無影響？ 4. 本實驗選用的毛細管尖的半徑大小對實驗測定有何影響？若毛細管不潔凈會不會影響測定結果？,