表面张力的测定

化学与材料科学学院,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,化学与材料科学学院,表面张力,的测定,实验室:化学楼609,1.用最大气泡法测定不同浓度乙醇溶液的表面张力；,2.利用吉布斯公式计算不同浓度下乙醇溶液的吸附量。,一实验目的,1.表面张力,在液体内部，任一分子受四周分子的吸引力是平衡的，但液体表面层的分子却要受到向内的拉力。,二实验原理,因此要使液体的表面积增大，就必须反抗分子向内的拉力而作功，说明了分子在表面层内比在液体内部有较大的势能，这势能就是表面自由能。,dG,wdA,式中,为比例常数，其物理意义是在恒温恒压组成不变的条件下，增加单位表面积时引起体系自由能的增加值，因此,称为比表面自由能，其量纲为,Jm,-2,还可称为表面张力，其物理意义是沿着与表面相切的方向，垂直作用于表面单位长度上的力。表面张力是液体的重要特性之一，它与所处的温度、压力、浓度以及共存的另一相的组成有关。,2.溶液的表面吸附,纯液体表面层的组成与内部组成相同，因此液体只能通过尽可能地缩小其表面以降低体系的表面自由能。对于溶液，由于溶质能引起溶剂表面张力的变化，因此可通过调节溶质在表面层的浓度来降低表面能。若溶质能降低溶剂的表面张力时，则表面层中溶质的浓度大于溶液内部溶质的浓度；反之，如果溶质能使溶剂的表面张力升高，则表面层中溶质的浓度小于溶液内部溶质的浓度。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。,在一定的温度和压力下，吉布斯推导出了溶液表面吸附量与溶液的表面张力和溶液浓度之间的关系，即,式中,为表面吸附量（molm,-2,）,为溶液的表面张力（Jm,-2,），,T,为热力学温度（K），,c,为溶液的浓度（moldm,-3,），,R,为气体常数。,a.如果加入溶质使液体表面张力降低，即,(d,/dc)0,，则,0,，此时溶液表面层的浓度大于溶液内部的浓度，称为正吸附，此类物质称为表面活性物质。如果加入溶质使液体表面张力升高，即,(d,/dc)0,，则,0,，此时溶液表面层的浓度小于溶液内部的浓度，称为负吸附，此类物质称为非表面活性物质。,b.由吉布斯吸附等温式可看出，只要测得某温度下不同浓度溶液的表面张力，以,c,作图，在 c的曲线上作不同浓度下的切线，可获得不同浓度所对应的斜率，即可求出不同浓度时气一液界面上的吸附量,。,3.最大气泡法,测定表面张力的方法有许多种：毛细管上升法,环法,滴体积法,最大压力气泡法 等。,a.当玻璃毛细管一端与液体接触，并往毛细管内加压时，可以在液面的毛细管口处形成气泡。,b.设气泡在形成过程中始终保持球形，则气泡内外的压力差(即施加于气泡的附加压力),P,与气泡的半径,r,、液体表面张力,之间的关系可由拉普拉斯公式表示，,显然，在气泡形成过程中，气泡半径,由大变小，再由小变大,，而压力差,P,则,由小变大，然后再由大变小,。当气泡半径r等于毛细管半径R时，压力差达到最大值,P,max,。,c.通过测定,R,和,P,max,，可求得液体的表面张力。,d.由于毛细管的半径较小，直接测量R误差较大。通常用一已知表面张力为的液体(如水、甘油等)作为参考液体，在相同的实验条件下，测得相应最大压力差为,P,max,0,。本实验中选择蒸馏水作为参考物。,三实验仪器与药品,仪器,：超级恒温槽，表面张力测定实验装置，阿贝折射仪。,试剂,：蒸馏水，系列乙醇溶液。,四.实验步骤,1.管中装入一定量的参考液体(去离子水)，按图接好管路，调节毛细管高度，使毛细管管口处于刚好接触溶液表面的位置，并将超级恒温槽调节至,25.0 0.1,或,30.0 0.1,。,2.待溶液恒温十分钟后，通过活塞来调节水滴滴入瓶中的速度，使气泡从毛细管口逸出，速度控制在每分钟515个。记录微压差仪读数，得,P,max,0,。(要求至少测定三次，然后取平均值),3.同上17号乙醇溶液的,P,max,。,4.测定17号乙醇溶液的的折射率。,五.实验数据处理,1.求出不同浓度时乙醇水溶液的,。,2.求出不同乙醇水溶液的浓度,c,。,3.作,c,图，曲线要平滑。,4.在光滑曲线上取67个点，作切线求出,Z,值。,5.求出不同浓度时乙醇水溶液的,。,6.作,c,曲线。,六.思考题,1.毛细管尖端为何要刚好接触液面？,2.为何毛细管的尖端要平整？选择毛细管直径大小时应注意什么？,3.如果气泡出得过快，对结果有何影响？,