实验六： 溶液表面张力的测定.ppt

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1、实验六溶液表面张力的测定一、目的要求1.测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力,计算表面吸附量和乙醇分子的横截面积。2.了解表面张力的性质,表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系。二、基本原理1.表面自由能物体表面分子和内部分子所处的境遇不同，表面层分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。如果把一个分子由内部迁移到表面，就需要对抗拉力而做功。在温度、压力和组成都恒定时，可逆地使表面增加ΔA所需对体系做的功，叫表面功，可表示为：W=gΔA=ΔGg称为表面自由能，单位为J/m2。若把g看作为作用在界面上每单

2、位长度边缘上的力，通常称为表面张力。2.溶液的表面吸附（2）吉布斯吸附方程:根据能量最低原则,溶质能降低溶剂的表面张力时,表面层溶质的浓度比溶液内部大;反之,溶质使溶剂的表面张力升高时,表面层中的浓度比内部的低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。（1）表面吸附:称为负吸附;称为正吸附;溶液浓度较低时，可用浓度来代替活度Γ为表面吸附量(单位:mol·m-2);T为热力学温度(单位:K);C为稀溶液浓度(单位:mol·m-3);R为气体常数。乙醇是表面活性物质,能降低溶剂的表面张力,它们在水溶

3、液表面的排列情况随浓度不同而异:当浓度小时,分子可以平躺在表面上;浓度增大时,分子的极性基团取向溶剂内部,而非极性基团基本上取向空间;当浓度增大到一定程度时,溶质分子占据了所有表面,就形成饱和吸附层。在g-C曲线上任选一点i作切线,即可得该点所对应浓度Ci的斜率，再由上式可求得不同浓度下的Γ值。式中:Γ∞是饱和吸附量，K是常数，将上式取倒数可得:3.饱和吸附与溶质分子的横截面积在一定的温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir等温式表示：作(C/Γ)-C图,直线斜率的倒数即为Γ∞。如果以N代表1m2表

4、面层的分子数，则:式中,NA为Avogadro常数，则每个分子的截面积A为:4.测定表面张力的方法测定液体表面张力的方法很多，如最大泡压法法、吊环法。（1）最大泡压法当毛细管的下端端面与被测液体液面相切时，液体即沿毛细管上升。打开抽气瓶（滴液漏斗）的活塞进行缓慢放水抽气，此时测定管中的压力逐渐减小，由于毛细管内液面上所受的压力（）大于测定管中液面上的压力（），故毛细管内的液面逐渐下降，并从毛细管管端缓慢地逸出气泡。在气泡形成过程中，由于表面张力的作用，凹液面产生了一个指向液面外的附加压力，因此有下述关系：附加压

5、力和溶液的表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为若毛细管管径较小，则形成的气泡可视为是球形的。气泡刚形成时，由于表面几乎是平的，所以曲率半径极大；当气泡形成半球形时，曲率半径等于毛细管管径，此时值曲率半径为最小；随着气泡的进一步增大，曲率半径又趋增大，直至逸出液面。在实验中，若使用同一支毛细管，则K’为毛细管常数。在本实验中，用已知表面张力的水作为标准，求出仪器常数的值。然后只要用这一仪器测得其它液体的值，通过上式计算，即可求得各种液体的表面张力。三、实验步骤1.配置不同浓度的乙醇-水溶液60-70

6、ml：浓度参考：3%,6%,10%,15%,20%,25%,40%配置方法：称重法洗净烘干50ml碘量瓶，放到分析天平上称重后，归零。用量筒量Xml乙醇于碘量瓶中，称重W1。再用另一个量筒量Yml纯水于碘量瓶中，称重W2。计算溶液的准确浓度为(W1/W2)×100%配好后盖紧塞子，以防挥发。2.测不同溶液的密度测定7种浓度的乙醇溶液和纯乙醇的密度平行测定两次计算公式3.测定纯水、7种乙醇溶液的表面张力1）最大泡压法1、样品管中装入蒸馏水，使液面与毛细管端面相切，注意保持毛细管与液面垂直。2、打开抽气瓶活塞，让水

7、缓慢流下，使毛细管中气泡逸出速度为5—10秒/个，压差为700-800Pa之间。记录压力计最大值，读数三次，求出平均值。3、同法从稀到浓测定乙醇水溶液的P最大值。2）吊环法1、立即计算溶液的密度。2、每次测定前，少量润洗测量杯，输入待测样品的密度，空气密度，环半径。3.开动仪器，测定溶液的表面张力。四、数据处理1.由W%换算成c。2.根据测定的各份溶液的表面张力g,并作g~c曲线,求得曲线方程。3.在g~c曲线上取十个点，作切线求斜率，并且带入各浓度值，计算在各相应浓度下的Γ。4.用c/Γ对c作图，应得一条直线

8、，由直线斜率求出Γ∞。5.计算乙醇分子的横截面积A.注意事项吊环法测表面张力在一台仪器上测量密度立即算，保留到小数点后三位，g/ml.50ml溶液要测密度和表面张力，节约用。测密度的溶液倒回碘量瓶，一起测g.测定一个r，可以立即测定g。合理安排时间碘量瓶、比重瓶不用洗涤。