表面張力的測(cè)定.ppt
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1,,溶液表面張力的測(cè)定,,2,一.目的要求:,掌握最大泡壓法測(cè)定表面張力的原理; 了解表面張力的性質(zhì)、表面能的意義以及表面張力和吸附的關(guān)系; 測(cè)定不同濃度正丁醇溶液的表面張力,計(jì)算吸附量, 由表面張力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)求分子的截面積。,3,二.實(shí)驗(yàn)原理:,從熱力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看,液體表面縮小是一個(gè)自發(fā)過(guò)程,這是使體系總自由能減小的過(guò)程,欲使液體產(chǎn)生新的表面ΔA,就需對(duì)其做功,其大小應(yīng)與ΔA成正比: -W′=σΔA 在純液體情況下,表面層的組成與內(nèi)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(duì)于溶液,由于溶質(zhì)會(huì)影響表面張力,因此可以調(diào)節(jié)溶質(zhì)在表面層的濃度來(lái)降低表面自由能。 根據(jù)能量最低原理,溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力時(shí),表面層中溶質(zhì)的濃度比溶液內(nèi)部大;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在內(nèi)部的濃度低,這種表面濃度與內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象叫做溶液的表面吸附。,4,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之間的關(guān)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(xué)溫度(K) c為溶液濃度(moldm-3) R為摩爾氣體常數(shù),當(dāng) 0稱(chēng)為正吸附;當(dāng) 0時(shí),Γ 0稱(chēng)為負(fù)吸附。 前者表明加入溶質(zhì)使液體表面張力下降,此類(lèi)物質(zhì)叫表面活性物質(zhì);后者表明加入溶質(zhì)使液體表面張力升高,此類(lèi)物質(zhì)叫非表面活性物質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定正吸附情況。,5,表面張力與濃度的關(guān)系圖,從σ—c曲線作不同濃度c時(shí)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(shí),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(guān)系由Langmuir吸附等溫方程式表示: Г∞為飽和吸附量,K為經(jīng)驗(yàn)常數(shù),與溶質(zhì)的表面活性大小有關(guān)。將上式化成直線方程,則 若以對(duì)c作圖可得一直線,其直線斜率即可求出為Г∞。 在表面達(dá)到飽和吸附時(shí),乙醇分子在氣—液界面上鋪滿一單分子層,則可應(yīng)用下式求得乙醇分子的橫截面積S0。,,,,7,最大泡壓法的測(cè)定原理,8,若毛細(xì)管內(nèi)空氣壓力比液面上壓力大,則在毛細(xì)管地步能形成空氣泡。當(dāng)這兩個(gè)壓力之差,即附加壓力大到足以克服氣泡的表面張力時(shí),空氣泡將脫離毛細(xì)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(guān)系式為 因毛細(xì)管半徑為定值,同一儀器的 是常數(shù)k, 則上式變?yōu)?式中的儀器常數(shù)k可用已知表面張力的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)得(本實(shí)驗(yàn)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(gè));吸耳球1個(gè); U型壓力計(jì),試劑: 正丁醇(A.R.) 蒸餾水,10,四.實(shí)驗(yàn)步驟:,1. 儀器準(zhǔn)備與檢漏 :將蒸餾水注入張力儀中,通過(guò)抽氣調(diào)節(jié)液面使之恰好與毛細(xì)管尖端相切。打開(kāi)抽氣瓶活塞,使體系內(nèi)的壓力有一定降低,關(guān)閉抽氣瓶活塞,若2~3min內(nèi)壓力計(jì)液面高度差不變,則說(shuō)明體系不漏氣,可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 2. 儀器常數(shù)的測(cè)量 : 打開(kāi)抽氣瓶活塞,調(diào)節(jié)抽氣速度,使氣泡由毛細(xì)管尖端成單泡逸出,且每個(gè)氣泡形成的時(shí)間約為5~10s。記錄壓力計(jì)讀數(shù),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(shù)。,11,,3. 表面張力隨溶液濃度變化的測(cè)定 : 用少量0.005mol/L正丁醇溶液潤(rùn)洗表面張力儀,注入正丁醇溶液以使液面恰與毛細(xì)管尖端相切,同步驟2的操作,記錄壓力差計(jì)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(cè)定一次壓力差Δh最大,平行測(cè)定三次,取平均值。,12,五.注意事項(xiàng):,1.儀器系統(tǒng)不能漏氣。 2.所用毛細(xì)管必須干凈、干燥,應(yīng)保持垂直,其管口剛好與液面相切。 3.讀取壓力計(jì)的壓差時(shí),應(yīng)取氣泡單個(gè)逸出時(shí)的最大壓差。,13,六.數(shù)據(jù)處理:,1. 計(jì)算儀器常數(shù)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(jì)算So。,14,七.思考題:,1.用最大泡壓法測(cè)定表面張力時(shí)為什么要讀最大壓力差? 2.毛細(xì)管尖端為何必須調(diào)節(jié)得恰與液面相切?否則對(duì)實(shí)驗(yàn)有何影響? 3. 最大泡壓法測(cè)定表面張力時(shí)為什么要讀最大壓力差?如果氣泡逸出的很快,或幾個(gè)氣泡一齊出,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有無(wú)影響? 4. 本實(shí)驗(yàn)選用的毛細(xì)管尖的半徑大小對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定有何影響?若毛細(xì)管不潔凈會(huì)不會(huì)影響測(cè)定結(jié)果?,- 1.請(qǐng)仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對(duì)于不預(yù)覽、不比對(duì)內(nèi)容而直接下載帶來(lái)的問(wèn)題本站不予受理。
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