表面吸附量的测定.doc

物理化学实验讲义实验十九 表面吸附量的测定预习题1为什么表面活性物质水溶液的表面张力随溶液浓度的变化而变化？2用气泡最大压力法测表面张力时，为什么气泡必须均匀缓慢冒出？3为什么毛细管端要刚好与液面接触？若毛细管端浸入溶液，则使最大压力差变大还使变小？为什么？4毛细管常数如何测定？5表面吸附量的物理意义是什么？6浓度为4.0010-4 molL-1时的溶液表面吸附量如何得到？此表面吸附量的单位是什么？7分析影响本实验结果的因素有哪些？一实验目的1用气泡最大压力法测定十六烷基三甲基溴化铵水溶液的表面张力。从而计算溶液在某一浓度时表面吸附量。2熟悉斜管压力计的使用方法。二实验原理1在指定的温度下，纯液体的表面张力是一定的，一旦在液体中加入溶质成溶液时情况就不同了，溶液的表面张力不仅与温度有关，而且也与溶质的种类，溶液浓度有关。这是由于溶液中部分分子进入到溶液表面，使表面层的分子组成也发生了改变，分子间引力起了变化，因此表面张力也随着改变，根据实验结果，加入溶质以后在表面张力发生改变的同时还发现溶液表面层的浓度与内部浓度有所差别，有些溶液表面层浓度大于溶液内部浓度，有些恰恰相反，这种现象称为溶液的表面吸附作用。根据吉布斯吸附等温式 （1）式中，代表溶液浓度为c时的表面上溶质的吸附量（molm-2），c代表平衡时溶液浓度（molL-1），R为理想气体常数（8.314 Jmol-1K-1），T为吸附时的温度（K）。从（1）式可看出，在一定温度时，溶液表面吸附量与平衡时溶液浓度c和表面张力随浓度变化率成正比关系。当时， 0表示溶液表面张力随浓度增加而降低，则溶液表面发生正吸附，此时溶液表面层浓度大于溶液内部浓度。当时， 0表示溶液表面张力随浓度增加而增加，则溶液表面发生正吸附，此时溶液表面层浓度小于溶液内部浓度。我们把能产生显著正吸附的物质（即能显著降低溶液表面张力的物质）称为表面活性物质。本实验用表面活性物质十六烷基三甲基溴化铵配制成一系列不同浓度的水溶液。分别测定这些溶液的表面张力，然后以对lgc 作图得一曲线。求曲线上某一点的斜率，可计算该点对应浓度溶液的表面吸附量。2本实验测定各溶液的表面张力采用气泡最大压力法，此法原理是当毛细管与液面接触时，往毛细管内加压（或在溶液体系内减压）则可以在液面的毛细管出口处形成气泡。如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本呈球形。而气泡在形成过程中是在变化的。当开始形成气泡时，表面几乎是平的，即这时的曲率半径最大，随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形。这时曲率半径R与毛细管半径r相等，曲率半径达最小值。此时附加压力为产生气泡的最大压力。此时 （2）其中，p为最大附加压力，r为毛细管半径（此时等于气泡的曲率半径R），为表面张力。当密度为的液体作压差计介质时，测得与p相应的最大压差为hm。按（2）式得 （3）其中K在一定温度时仅与毛细管半径r有关，称毛细管常数，此常数可以从已知表面张力的标准物质测得。三仪器与试剂表面张力测定仪1套（包括带支管的大试管，毛细管和滴液减压器）斜管压强计1台 吸耳球各种浓度的表面活性物质溶液 蒸馏水 铬酸洗液YYT200斜管压力计的工作原理，结构及使用方法（一）工作原理YYT200斜管压力计是一种可见液体弯曲的多测量范围液体压力计，其原理（见图）是当测量表压时，需要测量压力的空间和宽广器相连通，而当测量负压时则与倾斜管相连通，在测量压差的情况下，则把较高的压力和宽广器接通，而把较低压力和倾斜管接通。设在所测压力的作用下，与水平线之间有倾斜角度的管子内工作液体在垂直方向升高了一个高度h1,而在宽广容器内的液面下降了h2，那时在仪器内工作液体面的高度差将等于： h = h1 + h2 (1)式中，h = n sin (2)其中，n为斜管上的压力读数（mm）。假如F1代表管子的截面积，F2代表宽广容器的截面积则： n F1 = h2F2 (3)也就是在倾斜管内所增加的液体体积n F1，等于宽广容器内所减少的液体体积h2F2。把式（2）和（3）代入式（1）中可得:或式中，p为所测的压力（mm液柱），r为工作液体的比重（gmL-1）（二）结构YYT-200斜管压力计是测量倾斜角度可以变更的压力计，它的结构如附图，在宽广器（10）中充有工作液体（酒精），与它相连的是倾斜测量管（8），在倾斜测量管上标有长度为250 mm的刻度，宽广器装牢在三个定位螺钉（9）一个水准指示器（2）的底板（1）上，在底板上还装着弧形支架（3），用它可以把倾斜测量管固定在五个不同倾斜角度的位置上，而得到五种不同的测量上限值，刻在支架上的数字0.2、0.3、0.4、0.6、0.8表示常数因子的数值。把工作液体的液面调整到零点，是用零位调整旋扭（5）调节浮筒浸入工作液体的深度，来改变宽广器（10）内酒精的液面，而将测量管内的液面调整到零点。在宽广容器上装有多向阀门（11），用它可以使被测压力与宽广器相遇，或与测量管相通。仪器的水准位置可根据底板上的水准指示器用左右两个定位螺丝来定位。（三）使用方法1将仪器放置在平面无震动影响的工作台上，调整仪器底板左右两个定位螺丝，使仪器处于水平位置，将倾斜测量管按测量值固定在相应的常数因子值上。2旋开宽广器上的加液盖，缓缓地加入比重为0.810 gcm-3的酒精，使其液面在倾斜测量管上的刻线始点附近，然后把加液盖仍按在原位，将阀门柄（6）拨在“测压”处，用橡皮管接在阀门的“+”压接头上，轻吹橡皮管，使倾斜测量管液面上升到接近于顶端处，排出存留在宽广容器和倾斜测量管道之间的气泡反复数次，至气泡排尽为止。气泡最大压力法测溶液表面张力的装置3将阀门柄仍拨回“校正”处，旋动零位调整旋钮校正液面的零点。若旋钮已旋至最低位置。仍不能使液面升至零点，则宽广容器中所加酒精过少，应再加入酒精，使液面稍高于零处，再用旋钮调至零处，反之酒精过多，可轻吹套在阀门“+”压接头上的橡皮管，使液面从斜管的上端接头处溢出多余的酒精。4测量阀门柄拨在“测压”处，如被测压力高于大气压力时，将被测量的压力管子接在阀门的“+”压接头上；如被测压力低大气压力时，将阀门中间的接头和倾斜测量管上的接头用橡皮管相通，将被测量的管子接在阀门的“-”压接头上；如测量压力差时，则将被测的高压管接在阀门的“+”压接头上，被测压力的低压管接在阀门的“-”压接头上，阀们中间的接头和倾斜测量管上端的接头用橡皮管接通。本实验中，高压为大气压，不必接“+”。5在测量过程中，如欲校对液面零位是否符合，可将阀门柄拨至“校正”处进行校正。四实验步骤1实验前将毛细管和试管用洗液洗净，按图装好全套装置。2在大试管中盛入水，放入毛细管，使毛细管管口刚好与液面相接触，缓慢打开放水活塞，使气泡从毛细管端尽可能慢慢地放出（每分钟约46个气泡），待气泡均匀稳定地放出时，读取斜管压力计上的最大压差hm值读取三次，取平均值，计算毛细管常数K。3按上述方法将表面活性物质水溶液按浓度从小到大的次序分别测定各自的hm值。五数据记录与处理1毛细管常数的测定。室温 大气压 hm / mm液柱水 / Nm-1K / Nm-1mm液柱-11 23平均0.07118由（3）式计算毛细管常数K，并将K值填入表中。2溶液表面吸附量的测定。溶液 编号c / molL-1lgchm / mm液柱 / Nm