大氣泡法測定溶液的表面張力ppt課件

1、最大氣泡法測定溶液的外表張力最大氣泡法測定溶液的外表張力新鄉(xiāng)學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院物理化學(xué)教研室目的要求目的要求 1. 測定不同濃度乙醇水溶液的外表張力測定不同濃度乙醇水溶液的外表張力,計(jì)算外表吸計(jì)算外表吸附量和乙醇分子的橫截面積。附量和乙醇分子的橫截面積。 2. 了解外表張力的性質(zhì)了解外表張力的性質(zhì),外表自在能的意義以及外外表自在能的意義以及外表張力和吸附的關(guān)系。表張力和吸附的關(guān)系。 3. 掌握用最大氣泡法測定外表張力的原理和技術(shù)。掌握用最大氣泡法測定外表張力的原理和技術(shù)。根本原理根本原理 1. 外表自在能外表自在能 物體外表分子和內(nèi)部分子所處的境遇不同，外表層分子遭到向內(nèi)物體外表分子和內(nèi)部分子

2、所處的境遇不同，外表層分子遭到向內(nèi)的拉力，所以液體外表都有自動(dòng)減少的趨勢。假設(shè)把一個(gè)分子由的拉力，所以液體外表都有自動(dòng)減少的趨勢。假設(shè)把一個(gè)分子由內(nèi)部遷移到外表，就需求對抗拉力而做功。在溫度、壓力和組成內(nèi)部遷移到外表，就需求對抗拉力而做功。在溫度、壓力和組成都恒定時(shí)，可逆地使外表添加都恒定時(shí)，可逆地使外表添加S所需對體系做的功，叫外表功，所需對體系做的功，叫外表功，可表示為：可表示為： -A=G=S稱為外表自在能，單位為稱為外表自在能，單位為J/m2。假設(shè)把。假設(shè)把看作為作用在界面上看作為作用在界面上每單位長度邊緣上的力，通常稱為外表張力。每單位長度邊緣上的力，通常稱為外表張力。 2. 溶液的

3、外表吸附溶液的外表吸附 在指定的溫度和壓力下在指定的溫度和壓力下,溶質(zhì)的吸附量與溶液的外表張力及溶液溶質(zhì)的吸附量與溶液的外表張力及溶液的濃度有關(guān)的濃度有關(guān),從熱力學(xué)方法可知它們之間的關(guān)系遵守吉布斯吸附從熱力學(xué)方法可知它們之間的關(guān)系遵守吉布斯吸附方程方程: 根據(jù)能量最低原那么根據(jù)能量最低原那么,溶質(zhì)能降低溶劑的外表張力時(shí)溶質(zhì)能降低溶劑的外表張力時(shí),外表層溶質(zhì)外表層溶質(zhì)的濃度比溶液內(nèi)部大的濃度比溶液內(nèi)部大;反之反之,溶質(zhì)使溶劑的外表張力升高時(shí)溶質(zhì)使溶劑的外表張力升高時(shí),外表層外表層中的濃度比內(nèi)部的低。這種外表濃度與溶液內(nèi)部濃度不同的景中的濃度比內(nèi)部的低。這種外表濃度與溶液內(nèi)部濃度不同的景象叫做溶液

4、的外表吸附。象叫做溶液的外表吸附。 為外表吸附量為外表吸附量(單位單位:molm-2 );T為熱力學(xué)溫度為熱力學(xué)溫度(單位單位:K);C為稀為稀溶液濃度溶液濃度(單位單位:moldm-3 );R為氣體常數(shù)。為氣體常數(shù)。 TdCdRTC)( 0, 0 則則dCd 稱為負(fù)吸附稱為負(fù)吸附; 0, 0 則則dCd 稱為正吸附稱為正吸附; 在在-C曲線上任選一點(diǎn)曲線上任選一點(diǎn)i作切線作切線,即可得該點(diǎn)所對應(yīng)濃度即可得該點(diǎn)所對應(yīng)濃度Ci 的斜率，的斜率， 再由上式可求得不同濃度下的再由上式可求得不同濃度下的值。值。 乙醇是外表活性物質(zhì)乙醇是外表活性物質(zhì),能降低溶劑的外表張力能降低溶劑的外表張力,它們在水溶

5、液外表它們在水溶液外表的陳列情況隨濃度不同而異的陳列情況隨濃度不同而異:當(dāng)濃度小時(shí)當(dāng)濃度小時(shí),分子可以平躺在外表上分子可以平躺在外表上;濃度增大時(shí)濃度增大時(shí),分子的極性基團(tuán)取向溶劑內(nèi)部分子的極性基團(tuán)取向溶劑內(nèi)部,而非極性基團(tuán)根本上而非極性基團(tuán)根本上取向空間取向空間;當(dāng)濃度增大到一定程度時(shí)當(dāng)濃度增大到一定程度時(shí),溶質(zhì)分子占據(jù)了一切外表溶質(zhì)分子占據(jù)了一切外表,就就構(gòu)成飽和吸附層。構(gòu)成飽和吸附層。 以外表張力對濃度作圖以外表張力對濃度作圖,可得到可得到-C曲線曲線,從圖中可以看出從圖中可以看出,在開場在開場時(shí)時(shí)隨濃度的添加而迅速下降隨濃度的添加而迅速下降,以后的變化比較緩慢。以后的變化比較緩慢。Td

6、Cd)( 式中式中: 是飽和吸附量，是飽和吸附量，K是常數(shù)，將上式取倒數(shù)可得是常數(shù)，將上式取倒數(shù)可得:3. 飽和吸附與溶質(zhì)分子的橫截面積飽和吸附與溶質(zhì)分子的橫截面積在一定的溫度下，吸附量與溶液濃度之間的關(guān)系由在一定的溫度下，吸附量與溶液濃度之間的關(guān)系由Langmuir等溫等溫式表示：式表示：KCKC 1KCCC 1 作作(C/)-C圖圖,直線斜率的倒數(shù)即為直線斜率的倒數(shù)即為 。 假設(shè)以假設(shè)以N代表代表1m2 外表上溶質(zhì)的分子數(shù)外表上溶質(zhì)的分子數(shù),那么有那么有:N= L 因此因此,假設(shè)假設(shè) 測得不同濃度下溶液的外表張力測得不同濃度下溶液的外表張力,從從-C曲線上求出不曲線上求出不同濃度的吸附量同

7、濃度的吸附量,再從再從(C/)-C直線上求出直線上求出 ,便可以計(jì)算出溶便可以計(jì)算出溶質(zhì)分子的橫截面積質(zhì)分子的橫截面積B 。 可得每個(gè)溶質(zhì)分子在外表上所占據(jù)的橫截面積可得每個(gè)溶質(zhì)分子在外表上所占據(jù)的橫截面積: = 1/( ) 4. 最大氣泡法最大氣泡法Pmax =Pr =P0 -Pr =2/r 將被測液體裝于測定管中將被測液體裝于測定管中,使玻璃管下端毛細(xì)管面與液面相切使玻璃管下端毛細(xì)管面與液面相切,液面液面沿毛細(xì)管上升沿毛細(xì)管上升,翻開抽氣瓶的活塞漸漸放水抽氣翻開抽氣瓶的活塞漸漸放水抽氣,測定管中的壓力測定管中的壓力P逐漸減小逐漸減小,毛細(xì)管壓力毛細(xì)管壓力P0 就會將管中液面壓至管口就會將管

8、中液面壓至管口,構(gòu)成氣泡構(gòu)成氣泡,其曲其曲率半徑由大而小率半徑由大而小,直至恰好等于毛細(xì)管半徑時(shí)直至恰好等于毛細(xì)管半徑時(shí),根據(jù)拉普拉斯公式根據(jù)拉普拉斯公式,這時(shí)能接受的壓力差也最大這時(shí)能接受的壓力差也最大: 那么那么=(r/2)gh=Kh 最大壓力差可用最大壓力差可用U型壓力計(jì)中最大液柱差型壓力計(jì)中最大液柱差h來表示來表示:Pmax =g K為儀器常數(shù)為儀器常數(shù),可以用知外表張力的物質(zhì)測定?？梢杂弥獗韽埩Φ奈镔|(zhì)測定。 儀器與試劑儀器與試劑 恒溫安裝恒溫安裝 一套一套燒杯燒杯25 ml 一個(gè)一個(gè)帶有支管的試管附木塞帶有支管的試管附木塞 1支支毛細(xì)管半徑為毛細(xì)管半徑為0.15mm0.20mm)1

9、根根容量瓶容量瓶50ml)8支支數(shù)字式微壓差丈量儀數(shù)字式微壓差丈量儀 1臺臺低真空測壓低真空測壓儀儀滴液漏斗滴液漏斗支管試管支管試管毛細(xì)管毛細(xì)管實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟 1.安裝儀器：洗凈儀器并按圖安裝。對需枯燥的儀器作枯安裝儀器：洗凈儀器并按圖安裝。對需枯燥的儀器作枯燥處置。燥處置。 2.配置乙醇溶液：配置乙醇溶液：分別配制分別配制002mol/L，0.05molL，010molL，015molL，0.20molL，025molL，030mol/L，035mol/L乙醇溶液各乙醇溶液各50mL。 3. 調(diào)理恒溫為調(diào)理恒溫為25。 4.儀器常數(shù)測定儀器常數(shù)測定 先以蒸餾水作為待測液測定其儀器常數(shù)。方法

10、是將枯燥先以蒸餾水作為待測液測定其儀器常數(shù)。方法是將枯燥的毛細(xì)管垂直地插到使毛細(xì)管的端點(diǎn)剛好與水面相切，翻的毛細(xì)管垂直地插到使毛細(xì)管的端點(diǎn)剛好與水面相切，翻開滴液漏斗，控制滴液速度，使毛細(xì)管逸出的氣泡，速度開滴液漏斗，控制滴液速度，使毛細(xì)管逸出的氣泡，速度約為約為5s10s1個(gè)。在毛細(xì)管口氣泡讀出個(gè)。在毛細(xì)管口氣泡讀出U型管兩邊液面最型管兩邊液面最大高度差大高度差 可讀三次，取其平均值。經(jīng)過手冊可讀三次，取其平均值。經(jīng)過手冊 查出查出實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)水的外表張力，利用公式實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)水的外表張力，利用公式 求出儀器常數(shù)求出儀器常數(shù)K。 maxh max/hK 5.待測樣品外表張力的測定：用待測溶液洗凈

11、試管和毛待測樣品外表張力的測定：用待測溶液洗凈試管和毛細(xì)管，參與適量樣品于試管中，按照儀器常數(shù)測定的方法，細(xì)管，參與適量樣品于試管中，按照儀器常數(shù)測定的方法，測定不同待測樣品的測定不同待測樣品的 計(jì)算其外表張力計(jì)算其外表張力 。 maxh 6.乙醇溶液的折光率測定：用每個(gè)樣品測出乙醇溶液的折光率測定：用每個(gè)樣品測出 后，隨后，隨即用滴管汲取該溶液滴，置于棱鏡上，用阿貝折光儀測其即用滴管汲取該溶液滴，置于棱鏡上，用阿貝折光儀測其折光率折光率nD查義務(wù)曲線得各樣品的準(zhǔn)確濃度。查義務(wù)曲線得各樣品的準(zhǔn)確濃度。maxh 數(shù)據(jù)處置數(shù)據(jù)處置 1.由附錄表中查出實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)水的外表張力，算出毛細(xì)管常數(shù)由附錄表中

12、查出實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)水的外表張力，算出毛細(xì)管常數(shù)K。 2.由實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算各份溶液的外表張力由實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算各份溶液的外表張力 ,并作并作 c曲線。曲線。3.在在 c曲線上分別在曲線上分別在0050mol/L，0100molL，0150molL，0200molL，0250molL和和0300molL處作切線，分別求出各濃度的處作切線，分別求出各濃度的 值，并計(jì)算在各相值，并計(jì)算在各相應(yīng)濃度下的應(yīng)濃度下的。 4. 用用c/ 對對c作圖，應(yīng)得一條直線，由直線斜率求出作圖，應(yīng)得一條直線，由直線斜率求出 。Tdcd 實(shí)驗(yàn)本卷須知實(shí)驗(yàn)本卷須知 1.測定用的毛細(xì)管一定要洗干凈，否那么氣泡可以不能測定用的毛細(xì)管一定要

13、洗干凈，否那么氣泡可以不能延續(xù)穩(wěn)定地流過，而使壓差計(jì)讀數(shù)延續(xù)穩(wěn)定地流過，而使壓差計(jì)讀數(shù)I不穩(wěn)定，如發(fā)生此種不穩(wěn)定，如發(fā)生此種景象，毛細(xì)管應(yīng)重洗。景象，毛細(xì)管應(yīng)重洗。 2.毛細(xì)管一定要堅(jiān)持垂直，管口剛好插到與液面接觸。毛細(xì)管一定要堅(jiān)持垂直，管口剛好插到與液面接觸。 3.雜質(zhì)對的影響很大，配制溶液應(yīng)使蒸餾水。雜質(zhì)對的影響很大，配制溶液應(yīng)使蒸餾水。4.應(yīng)讀出氣泡單個(gè)逸出時(shí)的最大壓力差。應(yīng)讀出氣泡單個(gè)逸出時(shí)的最大壓力差。5.與溫度親密相關(guān)，應(yīng)使外表張力儀浸入恒溫槽的水中。與溫度親密相關(guān)，應(yīng)使外表張力儀浸入恒溫槽的水中。討論討論 1.假設(shè)毛細(xì)管深化液面下假設(shè)毛細(xì)管深化液面下Hcm，那么生成的氣泡遭到大氣壓和，那么生成的氣泡遭到大氣壓和的靜液壓。如能準(zhǔn)確測知的靜液壓。如能準(zhǔn)確測知H值，那么根據(jù)值，那么根據(jù)來測定值。但假設(shè)使毛細(xì)管口與液面相切，那么來測定值。但假設(shè)使毛細(xì)管口與液面相切，那么H0，消除，消除了項(xiàng)，但每次測定時(shí)總不可以都使了項(xiàng)，但每次測定時(shí)總不可以都使H0，故單管式外表張力儀，故單管式外表張力儀總會引入一定的誤差。總會引入一定的誤差