大泡压法测定溶液表面张力

化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University最大泡压法测定溶液表面张力基础化学实验 （物理化学实验） 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University表 面 张 力 、 吉 布 斯 吸 附 方 程 、 最 大 泡 压 法 。知 识 点 ：知 识 点 及 实 验 技 能 训 练 要 点超 级 恒 温 槽 的 调 节 ； 表 面 张 力 测 定 仪 的 使 用 ； 最 大 泡压 法 对 表 面 张 力 相 关 性 质 的 测 定 （ 均 为 首 次 训 练 ）实 验 技 能 训 练 要 点 ： 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University一 、 实 验 目 的二 、 实 验 原 理三 、 实 验 步 骤 四 、 注 意 事 项五 、 实 验 总 结六 、 实 验 延 伸七 、 思 考 题 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University1. 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 ； 2. 掌 握 最 大 泡 压 法 测 定 表 面 张 力 的 原 理 和 技 术 ；3. 测 定 不 同 浓 度 正 丁 醇 水 溶 液 的 表 面 张 力 ， 计 算 溶 液的 表 面 吸 附 量 和 正 丁 醇 分 子 的 横 截 面 积 。 一 、 实 验 目 的 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University 什 么 是 表 面 能 ？（ 一 ） 表 面 张 力 及 其 与 相 关 物 理 量 的 关 系 液 体 表 面 缩 小 是 一 个 自 发 过 程 ， 将 使 体 系 总 自 由 能减 小 。 欲 使 液 体 增 大 单 位 面 积 时 ， 要 由 外 界 对 液 体 作功 ， 其 所 需 要 的 能 量 称 为 液 体 的 表 面 自 由 能 或 表 面 能 。 表 面 层 的 分 子 垂 直 作 用 在 界 面 每 单 位 长 度 边 缘 上 且与 表 面 平 行 或 相 切 的 收 缩 力 ， 称 为 比 表 面 张 力 ， 简 称 表面 张 力 ， 用 表 示 ， 其 单 位 是 Nm -1。 什 么 是 表 面 张 力 ？ 二 、 实 验 原 理 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University 溶 质 分 子 横 截 面 积 S0饱 和 吸 附 量 吸 附 量 表 面 张 力 溶 质 密 度 、 摩 尔 质 量 已 知NA为 阿 伏 伽 德 罗 常 数 作 c/ c曲 线作 -c曲 线 dd TcR T c 1c c k 0 A1S N M 吸 附 层 厚 度( ) ( ) ( ) ( ) 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University（ 二 ） 表 面 张 力 的 测 量 方 法 最 大 泡 压 法 测 表 面 张力 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University（ 三 ） 测 量 原 理 调 毛 细 管 下 端 端 面 与 被 测 液 体 液 面 相 切 。 抽 气 ， 测定 管 中 压 力 Pt逐 渐 减 小 ， 毛 细 管 中 大 气 压 力 P0就 会 将 管 中液 面 压 至 管 口 ， 形 成 气 泡 。 其 曲 率 半 径 恰 好 等 于 毛 细 管半 径 r时 ， 此 时 能 承 受 的 压 力 差 为 最 大 ， 有 m ax 0 r 2p p p r 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest Universitym ax 0 r 2p p p r 随 着 放 水 抽 气 ， 大 气 压 力 将 把 该 气 泡 压 出 管 口 。 曲率 半 径 再 次 增 大 ， 此 时 气 泡 表 面 膜 所 能 承 受 的 压 力 差 必然 减 小 ， 而 测 定 管 中 的 压 力 差 却 在 进 一 步 加 大 ， 故 立 即导 致 气 泡 的 破 裂 。 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University 用 同 一 根 毛 细 管 分 别 测 定 具 有 不 同 表 面 张 力 (1和 2)的 溶 液 时 ， 可 得 到 下 列 关 系 式 ： 式 中 K 称 为 毛 细 管 常 数 ， 其 值 可 由 已 知 表 面 张 力 的 物 质来 确 定 。 本 实 验 中 测 定 蒸 馏 水 的 目 的 即 在 于 此 。1 m ax12r p 2 m ax22r p m ax11 2 m ax2pp m ax11 2 m ax1m ax2p K pp 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University 容 量 瓶 加 入 正 丁 醇之 前 可 先 加 入 适 量 的 蒸 馏 水 （ 有 什 么作 用 ？ ）1、 溶 液 配 制（ 1） 恒 温 水 浴 ： 25 或 30 。（ 2） 溶 液 的 配 制 ： 配 制 0.02 molL-1、 0.05 molL-1、 0.10 molL-1、 0.15 molL-1、 0.20 molL-1、 0.25 molL-1、 0.30 molL-1、 0.35 molL-1的 正 丁 醇 水 溶 液 各 100 mL待 用 。实 验 步 骤 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University2、 毛 细 管 常 数 的 测 定（ 1） 清洗 毛 细 管和 测 定 管 （ 2） 调 节 毛 细管 与 液 面 相 切 并使 溶 液 恒 温 （ 3） 调 节气 泡 速 度 约为 5-7s一 个（ 4） 校 正 零点 并 读 取 最 大压 差实 验 步 骤 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University3、 待 测 样 品 表 面 张 力 的 测 定 由 稀 到 浓 依 次 测 定 正 丁 醇 水 溶 液 的 表 面 张 力 。每 次 测 量 前 ， 都 需 用待 测 液 充 分 润 洗 测 定管 和 毛 细 管 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University1. 畅 通 大 气 情 况 下 采 零 ， 每 个 样 品 测 定 前 都 必 须 采 零 。2. 抽 气 速 度 不 宜 过 快 ， 平 均 5 s 逸 出 一 个 气 泡 。3. 勿 让 液 体 进 入 胶 管 内 。四 、 注 意 事 项 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University(一 )数 据 处 理1. 计 算 正 丁 醇 水 溶 液 准 确 浓 度 。2. 根 据 (V)式 计 算 毛 细 管 常 数 K值 ， 单 位 为 m。3. 计 算 各 溶 液 的 表 面 张 力 ， 作 -c曲 线 。4. 在 -c曲 线 上 取 810个 点 ， 分 别 作 切 线 ， 得 各 点 所 对 应 浓度 c i的 斜 率 ， 由 (I)式 求 得 不 同 浓 度 下 的 吸 附 量 值 i。5. 作 c/-c图 ， 得 一 直 线 ， 斜 率 的 倒 数 即 为 (molm-2)。五 、 实 验 总 结 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University6. 由 ( )式 计 算 正 丁 醇 分 子 的 横 截 面 积 S0值 ， 单 位 换 算 为nm2， 与 文 献 值 0.2740.289 nm2 比 较 。（ 二 ） 讨 论 本 实 验 关 键 在 于 毛 细 管 的 清 洁 、 毛 细 管 口 与 液 面 的相 切 、 抽 气 速 度 的 恒 定 。 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University表 面 张 力 的 其 他 测 定 方 法 ：（ 一 ） 毛 细 管 上 升 法 毛 细 管 插 入 液 体 后 ， 液 体 在 毛 细 管 内 将 上 升 一 定高 度 。 平 衡 时 ， 上 升 液 柱 的 重 量 和 液 体 由 于 表 面 张 力的 作 用 而 受 到 向 上 的 拉 力 相 等 ， 由 此 可 计 算 获 得 表 面张 力 值 。 六 、 实 验 延 伸 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University（ 二 ） 滴 重 法 或 滴 体 积 法 液 体 受 重 力 作 用 从 垂 直 安 放 的 毛 细 管 向 下 滴 落 ，当 液 滴 最 大 时 ， 其 半 径 等 于 毛 细 管 半 径 ， 此 时 重 力 与表 面 张 力 相 平 衡 ， 因 而 可 以 从 滴 落 质 量 计 算 。 测 定 落 滴 质 量 滴 重 法 ， 测 定 落 滴 体 积 滴 体 积 法 。 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University（ 三 ） 拉 脱 法 也 叫 拉 环 法 、 环 形 法 、 环 法 。 测 量 一 已 知 周 长 的 金 属圆 环 （ 或 金 属 片 ） 从 待 测 液 体 表 面 拉 出 时 的 最 大 拉 力 和 圆环 的 内 外 半 径 ， 可 求 得 表 面 张 力 。（ 四 ） 液 滴 外 形 法 、 振 动 射 流 法 液 滴 外 形 法 常 用 来 测 定 熔 融 金 属 以 及 界 面 张 力 低 于10 -4 Nm-1体 系 的 表 面 张 力 。 振 动 射 流 法 主 要 用 于 测 定 新 生 成 表 面 的 表 面 张 力 ，即 动 态 表 面 张 力 。 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University参 考 文 献1. 陈 六 平 ， 邹 世 春 ， 现 代 化 学 实 验 与 技 术 ， 北 京 ， 科 学 出版 社 ， 2007年 ， 270页2. 复 旦 大 学 等 编 ， 庄 继 华 等 修 订 ， 物 理 化 学 实 验 ， 第 三 版 ，北 京 ， 高 等 教 育 出 版 社 ， 2004年 ， 131页3. 傅 献 彩 等 ， 物 理 化 学 （ 下 册 ） ， 第 五 版 ， 北 京 ， 高 等 教育 出 版 社 ， 2006年 ， 313页 化 学 国 家 级 实 验 教 学 示 范 中 心Northwest University1. 温 度 变 化 对 表 面 张 力 有 何 影 响 ？2. 测 定 中 如 果 毛 细 管 末 端 插 入 溶 液 内 部 对 有 何影 响 ？ 为 什 么 ？3. 哪 些 因 素 会 影 响 表 面 张 力 的 测 量 结 果 ？ 如 何 降 低 这 些因 素 的 影 响 ？ m axp七 、 思 考 题