溶液表面张力的测定.doc

物理化学 戴超华 物 理 化 学 实 验 报 告 姓名：戴超华 学号序号：16 老师：张建策 系别：化工学院 班级：10级化学班 组别：第4组 实验一 溶液表面张力的测定 实验一 溶液表面张力的测定一 实验目的1、掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技术。2、测定不同浓度的正丁醇水溶液的表面张力，根据吉布斯吸附公式计算溶液表面的吸附量，以及饱和吸附时每个分子所占的表面面积和饱和吸附分子层厚度。二 实验原理处于液体内的分子与表面层的分子的外部环境不同，由于表面分子受力不均匀，故表面的组成、结构、能量和受力情况与本体溶液不同。溶液达到平衡时，溶质在溶液表面层中的浓度与在溶液体相中浓度不同的现象就是溶液表面的吸附。纯液体没有吸附，在恒温、恒压下其表面张力为一定值。因此，降低纯液体表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。少量的杂质将引起液体表面张力很大的变化。对溶液而言，因溶质会在溶液表面发生吸附，使得溶液的表面张力升高或降低，因此溶液的表面张力除了受温度和压力的影响外，还受溶液组成的影响。对于溶液，可利用调节溶质在表面层中的浓度来改变其表面自由能。Gibbs用热力学的方法导出了在一定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液浓度之间的关系，对双组分理想稀溶液有Gibbs吸附等温式： 式中为表面吸附量()，T为热力学温度(K)，c为稀溶液的浓度()，R为气体常数(8314)。当(d/dc)，0，溶质溶入溶剂后，能使溶液的表面张力降低，在表面层将发生正吸附，这类物质称为表面活性物质(Surface active substance)。当(ddc)0时，0，溶质溶入溶剂后，能使溶液的表面张力升高，在表面层将发生负吸附，这类物质称为表面非活性物质(Surface inactive substance)。本实验采用最大泡压法(Maximumbubblepressuremethod)来测定正丁醇水溶液的表面张力，实验装置如图645所示。最大泡压法的实验装置较简单，操作方便，常用于温度较高的熔融盐的表面张力的测定。对于表面活性剂，此方法的误差较大，难以测准。取适量的待测液置于测定管中，使玻璃管中的毛细管(Capillarytube)端面与液面相切，液面将在毛细管内上升。打开减压瓶下端的活塞缓缓放水抽气，测定管中的压力，将逐渐减小，毛细管中压力会将管中液面压到管口，并形成气泡，其曲率半径由大变小，直到恰好等于毛细管的半径r，达到平衡时，从Yang-Laplace公式知，此时，气泡的膜所能承受的压力差也达到最大值： 若测定管中的压力再减少极小量，随后大气压力将把此气泡压出管口。曲率半径再次增大，因此，气泡表面膜所能承受的压力差随之减少，随着系统的放水抽气，测定管中的压力差也将随之加大，随即导致气泡破裂。最大压力差也即气泡半径等于毛细管半径时的压力差。气泡表面膜所能承受的最大压差用U型压力计(Utubemanometer)中最大的液柱差来表示： 式中P为U型压力计中液体介质的密度()。g为重力加速度(98)。由两式可得： 实验中使用同一支毛细管和相同的U型压力计，故K为毛细管常数(Capillaryconstant)，通过已知表面张力的液体测定出K。然后用同一仪器测出待测液的最大液柱差，再通过式求出不同浓度溶液的表面张力。饱和吸附与溶质分子的横截面积。可用Langmuir吸附等温式表示吸附量厂与浓度c间的关系： 式中：是表面上被单分子层覆盖满时的吸附量，即饱和吸附量()，K为吸附系数，其值由吸附速率系数和解吸速率系数决定。将上式转换为： 以c/对c作图，将得到一条直线，其斜率的倒数即为。一平方米表面上的溶质的分子N为： 式(662)中为Avogardro常数，每个溶质分子在表面上所占据横截面积(crosscut)为： 若能测得不同浓度溶液的表面张力，从一c曲线上求出不同浓度的吸附量，再从c/c直线上求出，便可由式算出溶质分子的横截面积。三 实验仪器、试剂1、 仪器：数字微压差计，洗耳球，移液管(50ml和10ml)，烧杯（250mL），毛细管1支，恒温套管。2、 药品：正丁醇（分析纯），蒸馏水四 实验步骤 1、仪器常数的测定。（1）仔细洗净毛细管和和支管试管，连接装置。（2）加入适量的蒸馏水于支管试管中，毛细管端面与液面相切，室温20min。（3）打开滴液漏斗缓慢抽气，使气泡从毛细管缓慢逸出，调节逸出气泡每1min20个左右。读出压差计最大高度差，度3次，取平均值。2、待测样品表面张力的测定：配置从0.020.08moldm-3（0.025 , 0.05， 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.40, 0.60, 0.80）的正丁醇溶液。可先配置0.08moldm-3的溶液，其他的溶度用稀释的办法配置。3、用待测溶液洗净支管试管和毛细管后，方法同1，装入待测样品，测定气泡缓慢逸出时的最大压差。五 数据处理温度：23.51C 压强：101.060Kpa室温： 23.51 大气压力：101.01 KPa水= 71.18 mN.m 浓度 mol.dm-3 水 0.025 0.05 0.10 0.15 0.20 0.30 0.40 0.60 0.80p最大p最大，1p最大，2p最大，354.86106mol. m-2c/10-4 m-164464164564671.18613 575 544.6 518.3 497 474 441 415.6 394614 575 545 518 497 473 442 416 395613 575 544 519 497 475 441 415 393612 575 544 518 497 474 440 416 39367.74 63.54 60.17 57.29 54.86 52.38 48.73 45.91 43.541.48 2.74 3.77 4.58 5.16 5.51 5.53 4.65 2.861.69 1.83 2.65 3.28 3.88 5.44 7.23 12.9 28.0计算d/dc值： 得到曲线方程：y = 0.07108 0.1976x +0.3502 x2 dy/dx = -0.1976 + 0.7004x即 d/dc = -0.1976 + 0.7004c根据公式： = -（c/RT）/（d/dc） 可求得不同浓度下的和c/绘制c/-c等温线六、思考题1.表面张力为什么必须在恒温槽中