《大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力.ppt》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力.ppt(15頁珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、化學(xué)化工實(shí)驗(yàn)中心,物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課件,制作:張躍華 張其平,,最大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力,1、了解表面張力的性質(zhì),表面自由能的意義及表面張力和吸附的關(guān)系 2、掌握一種測(cè)定表面張力的方法最大氣泡法 3、測(cè)定不同濃度乙醇水溶液的表面張力,計(jì)算表面吸附量,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?(一)表面自由能(表面張力) 從熱力學(xué)的觀點(diǎn)來看,液體的表面縮小是一自發(fā)過程,這是使總的自由能減小的過程,如欲使液體產(chǎn)生新的表面S,就需對(duì)外做功,其大小與S成正比: -A=S 為液體的表面自由能,亦稱表面張力(單位為Jm-2)。它表示了液體表面自動(dòng)縮小趨勢(shì)的大小,其量值也液體的成分、溶質(zhì)的濃度、溫度及表面氣氛等因素有關(guān)。 (二)溶液的
2、表面吸附 純物質(zhì)表面層組成與內(nèi)部組成相同,因此純液體降低表面自由能的唯一方法是盡可能縮小其表面積。對(duì)于溶液,由于溶質(zhì)能使溶劑表面張力發(fā)生變化,因此可以通過調(diào)節(jié)溶質(zhì)在表面層的濃度來降低表面自由能。 根據(jù)能量最低原則,當(dāng)溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力時(shí),它在表面層中的溶質(zhì)濃度比溶液內(nèi)部的大;反之,溶質(zhì)使溶劑的表面張力升高時(shí),它在表面層中的濃度比溶液內(nèi)部的濃度低,這種表面濃度和內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象叫做溶液的表面吸附。,二、實(shí)驗(yàn)原理,,最大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力,在指定的溫度和壓力下,溶質(zhì)的吸附量與溶液的表面張力及溶液的濃度有關(guān),從熱力學(xué)方法可知它們之間的關(guān)系遵守吉布斯(Gibbs)方程:,二、實(shí)驗(yàn)原理,,
3、最大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力,式中: 為吸附量(molm-2);T為絕對(duì)溫度(K);c為溶液濃度(molL-1);R為摩爾氣體常數(shù)。 當(dāng) 0, 稱為負(fù)吸附; 當(dāng) 0 時(shí), < 0, 稱為負(fù)吸附。,二、實(shí)驗(yàn)原理,最大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力,,有些物質(zhì)溶入溶劑以后,能使溶劑的表面張力顯著降低,這類物質(zhì)被稱為表面活性物質(zhì)。工業(yè)和日常生活中被廣泛使用的去污劑、乳化劑、潤濕劑以及起泡劑等等都是表面活性物質(zhì)。 以表面張力對(duì)濃度作圖,可得到-c曲線,開始隨濃度增加而迅速下降,以后的變化比較緩慢。在-c曲線上任選一點(diǎn)作切線,即可得該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)濃度的斜率 。,本實(shí)驗(yàn)采用最大氣泡法測(cè)定乙醇水溶液的表面張
4、力,通過乙醇水溶液的表面張力和濃度的關(guān)系求出表面吸附量,儀器裝置如圖:,二、實(shí)驗(yàn)原理,最大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力,,,將待測(cè)溶液裝入大試管中,使毛細(xì)管與的端面與溶液相切,液面即沿毛細(xì)管1上升,打開抽氣瓶3的活塞抽氣,毛細(xì)管內(nèi)的液體受到比大試管4內(nèi)較大的壓力,當(dāng)此壓力差在毛細(xì)管端面上產(chǎn)生的作用力稍大于毛細(xì)管中液體的表面張力時(shí),氣泡就從毛細(xì)管中被壓出,這個(gè)最大壓力差值可由U型壓力計(jì)2讀出: Pmax =hg 式中h為U型壓力計(jì)兩邊讀數(shù)之差;g為重力加速度,為壓力計(jì)內(nèi)液體的密度。另一方面,當(dāng)氣泡在毛細(xì)管內(nèi)逐漸長大時(shí),其曲率半徑逐漸變小,氣泡達(dá)到最大時(shí)便會(huì)破裂,此時(shí)曲率半徑最小,等于毛細(xì)管半徑R。這
5、時(shí)氣泡能承受的壓力最大,為2/R,它應(yīng)等于Pmax; hg=2/R,即 = hgR/2 若用同一支毛細(xì)管,同一壓力計(jì),對(duì)兩種具有表面張力1,2的液體而言,則有下列關(guān)系式: 1 = h1gR/2;2 = h2gR/2,二、實(shí)驗(yàn)原理,最大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力,,,如2為已知,則 ,故,用已知表面張力為2的液體作為標(biāo)準(zhǔn),用上式即可求得其它液體的表面張力,2/h2作為儀器常數(shù)K。 溶液濃度的測(cè)定應(yīng)用折光率與組成的對(duì)應(yīng)關(guān)系,首先測(cè)定一系列已知濃度溶液的折光率,作出折光率和濃度的工作曲線,然后測(cè)定待測(cè)溶液的折光率,即可在工作曲線上求出其濃度。,三、實(shí)驗(yàn)儀器和藥品,表面張力儀 阿貝折光儀
6、小燒杯 無水乙醇,最大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力,四、實(shí)驗(yàn)步驟,首先將預(yù)先洗凈的表面張力儀大試管(包括毛細(xì)管)放入恒溫槽中恒溫,然后將抽氣瓶中加入水,到與側(cè)面支管相齊為止,在大試管中注入蒸餾水,并使液面正好與毛細(xì)管相切,調(diào)節(jié)恒溫槽中大試管的位置,使大試管垂直放置。然后打開抽氣瓶活塞,使盛在管中的水緩慢流出而使系統(tǒng)內(nèi)逐步減壓,這樣,在氣泡脫出的一瞬間,可以很容易地讀出U形壓力計(jì)內(nèi)液面的高度。 當(dāng)氣泡形成的頻率穩(wěn)定時(shí)(約每分鐘20個(gè)氣泡),就注意壓力計(jì)兩邊的高度,記錄壓力兩邊最高和最低讀數(shù)三次,求其平均值,即可求出儀器常數(shù)K。 測(cè)定乙醇溶液表面張力與濃度的關(guān)系 以同樣方法將大試管中換以不同濃度的乙醇
7、溶液,測(cè)出不同的壓力差,再用公式求出表面張力。 乙醇水溶液的濃度由阿貝折光儀測(cè)定。,最大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力,五、數(shù)據(jù)處理,(一)數(shù)據(jù)表,此表作為參考,根據(jù)實(shí)際需要變更,最大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力,,,,,,,,,,,表1 乙醇溶液的濃度與表面張力的關(guān)系,五、數(shù)據(jù)處理,(一)數(shù)據(jù)表,此表作為參考,根據(jù)實(shí)際需要變更,最大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力,,,,,,,,,,,表2 乙醇溶液的濃度與表面吸附量的關(guān)系,五、數(shù)據(jù)處理,最大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力,,(二)用坐標(biāo)紙,作折光率對(duì)乙醇濃度的工作曲線,從工作曲線上查找乙醇溶液的濃度。 (三)根據(jù)不同乙醇溶液用表面張力儀所測(cè)得的壓力差,計(jì)算不同乙醇
8、溶液的表面張力。 (四)用坐標(biāo)紙,作表面張力對(duì)乙醇濃度的關(guān)系曲線,在曲線上取10-15個(gè)點(diǎn)作曲線的切線求的各點(diǎn)的切線斜率 ,又斜率計(jì)算表面吸附量。 (五)用坐標(biāo)紙,作 的關(guān)系曲線,求的飽和吸附量 。,六、注意事項(xiàng),(一)一定要把大試管及毛細(xì)管洗干凈,溶液和毛細(xì)管要相切 (二)毛細(xì)管和液面要垂直,出泡不可太快 (三)讀取壓力計(jì)的最大氣泡Pmax時(shí),應(yīng)是氣泡逸出時(shí)的最大壓力差,應(yīng)保持體系密封,最大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力,七、思考題,(一)為什么毛細(xì)管端應(yīng)與液面相切? (二)毛細(xì)管潔凈與否對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)有何影響? (三)為什么壓力計(jì)中盛水或乙醇而不放汞? (四)滴液速度過快或過慢對(duì)實(shí)驗(yàn)有何影響?為什么?,最大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力,八、附錄,最大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力,不同溫度下水的表面張力,,