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1、最大气泡法测定溶液表面张力第1页，本讲稿共19页2022/10/23一 实验目的(1)测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算吸附量。(2)掌握最大气泡法测定溶液表面张力的原理和技术。(3)了解气液界面的吸附作用，计算表面层被吸附分子 的截面积 物 理 化 学 实 验2022/10/23第2页，本讲稿共19页物 理 化 学 实 验二实验原理二实验原理 从热力学观点来看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总自由能减小的过程，欲使液体产生新的表面A，就需对其做功，其大小应与A成正比:(1)dA dA2022/10/23第3页，本讲稿共19页物 理 化 学 实 验 如果A为1m2，则W=是在恒温恒
2、压下形成1m2新表面所需的可逆功，所以称为比表面吉布斯自由能，其单位为Jm-2。也可将看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为表面张力，其单位是Nm-1。在定温下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时，表面张力发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。2022/10/23第4页，本讲稿共19页物 理 化 学 实 验 水溶液表面张力与其组成的关系大致有三种情况：随溶质浓度增加表面张力略有升高；随溶质浓度增加表面张力降低，并在开始时降得快些；溶质浓度低时表面张力就急剧下降，于某一浓度后表 面张力几乎不再改变。2022/10/23第5页，本讲稿共19页物 理 化 学 实 验 以
3、上三种情况溶质在表面上的浓度与体相中的都不相同，这种现象称为溶液表面吸附。根据能量最低原理，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中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，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低。2022/10/23第6页，本讲稿共19页物 理 化 学 实 验 在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度之间的关系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程.为表面张力;C 为吸附达到平衡时溶质在介质中的浓度 吸附量吸附量()单位面积的溶液表面上所含溶质的量超过同量溶剂单位面积的溶液表面上所含溶质的量超过同量溶剂在在溶溶液液本本体体中中所所含含溶溶质质的的量量，
4、量量纲纲为为：molmmolm2 2 2022/10/23第7页，本讲稿共19页物 理 化 学 实 验 讨论：讨论：当当 0 0时，时，0 0，即，即 c c表表c c体体，正吸附，正吸附 当当 0 0时，时，0 0，即，即 c c表表c c体体，负吸附，负吸附 当当 不变时，不变时，TT，溶液表面吸附是一放热过程，溶液表面吸附是一放热过程 2022/10/23第8页，本讲稿共19页物 理 化 学 实 验 引起溶剂表面张力显著降低的物质叫表面活性物质，被吸附的表面活性物质分子在界面层中的排列，决定于它在液层中的浓度 2022/10/23第9页，本讲稿共19页物 理 化 学 实 验 2022/1
5、0/23第10页，本讲稿共19页物 理 化 学 实 验 根据朗格谬尔(Langmuir)公式:以C/对C作图，得一直线，该直线的斜率为1/。由所求得的代入上式可以写为如下形式 2022/10/23第11页，本讲稿共19页物 理 化 学 实 验 测定溶液的表面张力有多种方法，较为常用的有最大气泡法和扭力天平法。本实验使用最大气泡法测定溶液的表面张力，其测量方法基本原理图如下 2022/10/23第12页，本讲稿共19页物 理 化 学 实 验 将待测表面张力的液体装于表面张力仪中，使毛细管的端面与液面相切，液面即沿毛细管上升，打开漏斗的活塞缓缓抽气，毛细管内液面上受到一个比A瓶中液面上大的压力，当
6、此压力差(p=p大气-p系统)在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱出。此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为:(2)式中，p ps s为附加压力；为表面张力；R为气泡的曲率半径。p ps s2022/10/23第13页，本讲稿共19页物 理 化 学 实 验 如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大;随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径R和毛细管半径r相等，曲率半径达最小值，根据（2）式这时附加压力达最大值。根据（2）式，R=r时的最大附加压力为:(
7、10)(3)P Ps(max)s(max)pmax=2022/10/23第14页，本讲稿共19页物 理 化 学 实 验 已知水在试验条件下的表面张力,测得pmax pmax(H2O)再测量正丁醇溶液的pmax,利用上面两式可以得出：=p/p(H2O)*（H H2 2O O）(4)r=2/pmax (5)2022/10/23第15页，本讲稿共19页物 理 化 学 实 验 三、仪器与药品三、仪器与药品恒温槽一台DPAW精密数字（微差压）压力计一台带夹套的样品管一支毛细管一支滴液漏斗一个250mL容量瓶一个50mL容量瓶七个移液管2mL、5mL和10mL各一支烧杯100mL和500mL各一个正丁醇A
8、R2022/10/23第16页，本讲稿共19页物 理 化 学 实 验 四、实验步骤四、实验步骤 配制0.5moldm0.5moldm-3-3正丁醇250mL250mL，然后用该溶液配制下列溶液各50mL50mL：c/moldmc/moldm-3-3 0.025 0.05 0.10 0.15 0.025 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.20 0.25 0.302022/10/23第17页，本讲稿共19页物 理 化 学 实 验 1、记录数据五 数据处理 dc c (moldm-3)Pmax (Nm-1)d/dc (molm-2)c/0.000 0.025 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 2022/10/23第18页，本讲稿共19页物 理 化 学 实 验2、根据上述计算结果，绘制C 等温线，并拟合成 y=a-a*bln(1+x/c)的形式，得出b,c的值，从而出 d/dc，计算;五 数据处理 3、绘制C/C等温线，进行线性拟合，斜率k=1/,求出，并计算S。;4、绘制C关系图。2022/10/23第19页，本讲稿共19页