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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,*,*,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,*,*,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,*,*,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,*,*,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,*,*,物理化学教研室,2015.7.30,实验二十六,溶液表面张力的测定,物理化学教研室实验二十六 溶液表面张力的测定,一、目 的 要 求,1.,掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素；,2.,测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算吸附量，由表面张力的实验数据求分子的截面积及吸附层的厚度。,一、目 的 要 求1.掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了,二、实 验 原 理,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1.表面张力 在液体,二、实 验 原 理,二、实 验 原 理,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做功，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,T,p,-,w,dA,式中,为比例常数，其物理意义：,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,二、实 验 原 理 因此要使液体的表面积增大，就,二、实 验 原 理,由能,，其量纲为,Jm,-2,还可称为,表面张力,，其物理意义,：,沿着与表面相切的方向，垂直作用于表面单位长度上的力,。,2.,溶液的表面吸附,表面吸附：表面层与体相浓度不相同的现象。,二、实 验 原 理由能，其量纲为Jm-2,还可称为表面张,非表面活性物质,表面活性物质,二、实 验 原 理,非表面活性物质表面活性物质二、实 验 原 理,二、实 验 原 理,二、实 验 原 理,二、实 验 原 理,用图解法计算溶液的吸附量。,a,点的斜率为：,以不同的浓度对其相应的,可作出曲线，,f,(,C,),称为,吸附等温线,。,二、实 验 原 理 用图解法计算溶液的吸附量。a点的斜率为,二、实 验 原 理,3.,最大吸附量,在一定温度下，体系在平衡状态时，吸附量,和浓度,c,之间的关系可用,Langmuir,单分子层吸附等温式来表示：,K,:,经验常数,将上式整理得,：,以,c,/,对,c,作图可得一条直线，斜率的倒数为,二、实 验 原 理3.最大吸附量 在一定,二、实 验 原 理,4.,溶质分子的截面积,S,0,上式中：,为饱和吸附量；,L,为阿佛伽德罗常数,5.,吸附层厚度,上式中：,为溶质的密度；,M,为溶质的分子量,二、实 验 原 理4.溶质分子的截面积S0 上式中：,二、实 验 原 理,6.,最大泡压法,(1),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。,(2),设气泡在形成过程中始终保持球形，则气泡内外的,压力差,p,(即施加于气泡的附加压力,p,s,)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：,二、实 验 原 理6.最大泡压法(1)当玻璃毛细管一端与液,二、实 验 原 理,任意区域,表面张力,合力,p,=0,p,内,=,p,外,平面,p,外,p,内,凸液面受到指向液体内部的合力,p,p,内,p,外,凸面,p,外,p,内,p,p,附加压力,p,s,=,p，,p,s,=,p,内,p,外,二、实 验 原 理任意区域平面 p外p内凸液面受到指向液体内,二、实 验 原 理,凹液面受到指向液体外部的合力,p,，,p,内,p,外,凹面,p,内,p,p,外,p,附加压力,p,s,=,p,外,-,p,内,二、实 验 原 理凹液面受到指向液体外部的合力 p，凹面,二、实 验 原 理,显然，在气泡形成过程中，,气泡半径,r,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,。,二、实 验 原 理 显然，在气泡形成过程中，气泡,二、实 验 原 理,(3),通过测定,r,和,p,max,，可求得液体的表面张力。,(4),由于毛细管的半径,R,较小，直接测量误差较大。通常用一已知表面张力的液体(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。,r,=,R,时，,K,为仪器常数,二、实 验 原 理(3)通过测定r和pmax，可求得液体的,1.,仪器准备与检漏,三、实 验 步 骤,(1),将,表面张力仪容器和毛细管洗净、烘干。,(2),用移液管移取,50mL,蒸馏水注入表面张力仪,中，使液面稍高于毛细管末端，剩余的蒸馏,水放入作为接收器的100,mL,烧杯中,，,抽气调,节液面与毛细管末端相切。,(3),气密性检查：打开抽气瓶活塞，使体系内的压力降低，精密数字压差计显示一定数字时，关闭抽气瓶活塞，若,23min,内，压差不变，则说明体系不漏气。,1.仪器准备与检漏三、实 验 步 骤(1)将表面张力仪容器,2.,毛细管常数,K,的测定,首先要选定气压计的零点。,kPa,开关键,三、实 验 步 骤,2.毛细管常数K的测定首先要选定气压计的零点。kPa开关键,三、实 验 步 骤,打开抽气瓶活塞，调节抽气速度，使气泡由毛细管尖端成,单泡、均匀地,逸出,(,每分钟4-6个气泡)。当气泡刚脱离毛细管端的一瞬间，精密数字压差计显示压差约为,5,00-800Pa,(,否则需调换毛细管,),时，记录最大压差，连续读取三次，取其平均值。,3.测定不同浓度的正丁醇的表面张力,在上述体系中，用移液管移入,0.100ml,正丁醇,，,用洗耳球打气数次，使溶液浓度均匀,，,三、实 验 步 骤 打开抽气瓶活塞，调节抽气速度，使气泡由,三、实 验 步 骤,常数的方法测定最大压差。然后依次加入,0.200mL,、,0.200mL,、,0.200mL,、,0.500mL,、,0.500mL,、,1.00mL、1.00mL,正丁醇,，,每加一次,测定一次压力差,p,最大,。,每次测量前必须用少量被测液洗涤毛细管，确保毛细管内外溶液的浓度一致。,然后调节液面与毛细管端相切，用测定仪器,三、实 验 步 骤常数的方法测定最大压差。然后依次加入0.2,四、注 意 事 项,1.,仪器系统不能漏气,；,2.溶液的表面张力受活性杂质（一些有机物）影响很大，,为此,必须保证所用样品,(,正丁醇和蒸馏水,),的纯度和仪器的清洁,。测定管和毛细管使用之前应洗涤干净，,以玻璃不挂水珠为好，否则，气泡可能不呈单泡逸出，而使压力计读数不稳定，如发生此种现象，毛细管应重洗。,毛细管清洁处理应特别予以重视,热风吹干,及,电炉烘烤,的办法应当避免,四、注 意 事 项1.仪器系统不能漏气；2.溶液的表面张,四、注 意 事 项,4.,读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。,3.,测定时毛细管一定要与液面保持垂直,，其管口,端面,刚好与液面相切。,荡洗,是好办法。毛细管内部可借助洗耳球,但必须细心,不应使液体进入洗耳球内,。加入试样后,应充分摇匀方可测定；,四、注 意 事 项4.读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出,5.,连接压力计与测定管及滴液瓶用的乳胶管中不应有水等阻塞物，否则压力无法传递至毛细管，将没有气泡自毛细管口逸出。,6.,如果毛细管口不出泡，或者连续出泡，可能是毛细管口有异物，应予以更换。,四、注 意 事 项,5.连接压力计与测定管及滴液瓶用的乳胶管中不应有水等阻塞物,五、数据记录与处理,1.,按下表将所得数据记入下表；,浓度,(molL,-1,),p,最大,(Pa),2.利用公式计算毛细管常数,K,；,3.,由正丁醇溶液的实验数据计算各溶液的表面张力，并作,-,C,曲线；,4.,由,-,C,曲线分别求出各浓度的,值；,五、数据记录与处理1.按下表将所得数据记入下表；浓度(,c,图,五、数据记录与处理,c图五、数据记录与处理,将,及由,3,、,4,式算出的各项结果列表：,浓度,(mol,L,-1,),p,最大,(Pa),(N/m),d/dc,(mol/m),C,/,5.作,C,图,。,作,C,/,C,图,，,应得一直线,，,由直线斜率求出,；,6.,计算正丁醇分子的横截面积,S,0,；,7.,计算分子层厚度,五、数据记录与处理,将及由3、4式算出的各项结果列表：浓度(molL-1),C,和,K,c,/,-,c,正丁醇的截面积,S,0,五、数据记录与处理,C和Kc/-c正丁醇的截面积S0五、数据记录与处理,六、文 献 值,文献值,：,正丁醇分子的横截面积,S,0,=,0.274,0.289nm,2,六、文 献 值文献值：正丁醇分子的横截面积S0=0.27,
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