《物化实验报告表面张力测定》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物化实验报告表面张力测定（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、溶液中的吸附作用和表面张力的测定一、实验目的1、掌握最大气泡法和滴重法测定表面活性物质正丁醇的表面张力，而且利用 Gibbs吸附公式和Langmuir吸附等温式测定正丁醇分子的横截面积。2、训练学生利用毛细管和数字式微压测量仪和滴重管测定表面张力的方式，并通 过曲线及直线拟合处置取得不同数据。3、培育学生在实验中严谨的实验作风和态度，并对学生的科研兴趣进行初步的指 导。二、实验原理1.物体表面分子和内部份子所处的境遇不同，表面层分子受到向内的拉力，所以液体表面 都有自动缩小的趋势。若是把一个分子由内部迁移到表面，就需要对抗拉力而做功。在温度、 压力和组成恒按时，可逆地表面增加dA所需对体系做的
2、功，叫表面功，能够表示为：-dW = b dA式中。为比例常数。在数值上等于当T、p和组成恒定的条件下增加单位表面积所必需对体系做的可逆非 膨胀功，也能够说是每增加单位表面积时体系自由能的增加值。环境对体系作的表面功转变 成表面层分子比内部份子多余的自由能。因此，。称为表面自由能，其单位是焦耳每平方米 （J/m2）。若把。看做为作用在界面上每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。从另外一方面考虑表面现象，专门是观察气液界面的一些现象，能够觉察到表面上处 处存在着一种张力，它力图缩小表面积，此力称为表面张力，其单位是牛顿每米N/m）。表 面张力是液体的重要特性之一，与所处的温度、压力、浓度和共存
3、的另一相的组成有关。纯 液体的表面张力一般是指该液体与饱和了其本身蒸气的空气共存的情形而言。二、 纯液体表面层的组成与内部层相同，因此，液体降低体系表面自由能的唯一途径是尽 可能缩小其表面积。对于溶液则由于溶质会影响表面张力，因此能够调节溶质在表面层的浓 度来降低表面自由能。按照能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比溶液内部 来得大。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来得低， 这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫“吸附”。显然，在指定温度和压力下，吸附与 溶液的表面张力及溶液的浓度有关，Gibbs用热力学的方式推导出它们之间的关系式：式
4、中r为表面超量（mol/m2）；。为溶液的表面张力（J/m2）； T为热力学温度；。为溶液浓 度（mol/m3）； R为气体常数。I dc ) 0称为正吸附；反之当 0时， 0称为负吸附。前I dc ）者表明加入溶质使液体表面张力下降，此类物质称表面活性物质。后者表明加入溶质使液体 表面张力升高，此类物质称非表面活性物质。因此，从Gibbs关系式可看出，只要测出不同 浓度溶液的表面张力，以。c作图，在图的曲线上作不同浓度的切线，把切线的斜率代入 Gibbs吸附公式，即可求出不同浓度时气液界面上的吸附量r。在必然的温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir等温式表示：-=-8 志式中8
5、为饱和吸附量，K为经验常数，与溶质的表面活性大小有关。将上式化成直线方程 则:,c若以-C作图可得一直线，由直线斜率即可求出J。假若在饱和吸附的情形下，在气液界面上铺满一单分子层，则可应用下式求得被测 物质的横截面积S0。式中为阿佛加德罗常数。实验方式分为两种：最大气泡法和滴重法（一）、最大气泡法表面张力仪中的毛细管与待测液体面相切时，液面即沿毛细管上升。打开分液漏斗的活 塞，使水缓慢下滴而减少系统压力，如此毛细管内液面上受到一个比试管中液面上大的压力， 当此压力差在毛细管端面上产生的作使劲稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细 管口逸出，这一最大压力差可由数字式微压测量仪上读出。其关系
6、式为p 最大一PP = Ap若是毛细管半径为r，气泡由毛细管口逸出时受到向下的总压力为兀r2p最大气泡在毛细管受到的表面张力引发的作使劲为2nr。刚发生气泡自毛细管口逸出时， 上述压力相等，即兀 r2p=兀 r2 Ap=2K rb最大r Ab = Ap2若用同一根毛细管，对两种具有表面张力别离为。1、。2的液体而言，则有下列关系:rb 一一 Ap121b b一 一2-AP1Ap2气一气ApyAp - 如(1)2式中K为仪器常数。因此，以已知表面张力的液体为标准，即可求出其它液体的表面张力。倒n队】最大气泡法洌定表而张力的装包图!愤杯，2.新潸漏斗卜3.数字式微玉差测.散仗f L忸温转置C 5-
7、带有支管的代管；&毛细管（二）、滴重法将必然量的液体吸入滴重管，液体在重力作用下滴落，同时受到向上的表面张力的影响， 当所形成液滴方才落下时，能够以为这时重力和表面张力相等，因此mg=2兀 rb式中m为液滴质量；g为重力加速度；r为管端半径；。为表面张力。但实际液滴不会全数落下，液体老是发生变形，形成“细颈”，再在“细颈”处断开。细颈以下液体滴落，其余残留管内。进行校正后可得b FmbF m一VP/VR(2)式中m，m0别离为待测液体和标准液体的质量。利用同一根滴重管能够近似的以为F=F0, 在滴重管下面放已称重的干燥的称量瓶，别离滴几滴待测液体和标准液体（滴数相同）并称 重，代入上式，即可求
8、得待测液体的表面张力。三、仪器与药品仪器：烧杯2个，试管（附橡皮塞）1个，毛细管（半径为0.15mm0.020mm） 1根，容量瓶（50mL） 8只，容量瓶（250mL） 1只，数字式微压测量仪1台，移液管3根，称重 瓶3个，洗耳球2个。药品： 正丁醇（分析纯），丙酮（分析纯）。四、实验步骤A. 最大气泡法一、洗净仪器并依如实验装置图搭好。对需干燥的仪器作干燥处置；先利用称量瓶精准 称量配制浓度为1.0moL/L的溶液250mL，再别离配制0.02moL/L，0.05moL/L，0.10moL/L， 0.15moL/L，0.20moL/L，0.25moL/L，0.30moL/L，0.35moL
9、/L 正丁醇溶液各 100mL （供一 组两名同窗一路利用）。二、记录下实验时温度。3、仪器常数的测定，先以水为待测液测定其仪器常数。方式是将干燥的毛细管垂直插 到使毛细管的端点恰好与水面相切，打开滴液漏斗，控制滴液速度，使毛细管逸出的气泡， 速度约为5s10s1个。在毛细管口气泡逸出的刹时最大压差约在700Pa800Pa左右（不然 需要改换毛细管）。能够通过手册查出实验温度时水的表面张力，利用公式（1），求出仪器常数K。4、待测样品表面张力的测定，用待测溶液洗净试管和毛细管，加入适量样品于试管中， 依照仪器常数测定的方式，测定已知浓度的待测样品的压力差，计算其表面张力。B. 滴重法将滴重管垂
10、直固定在铁架台上，利用洗耳球加乳胶管将水和待测液体吸入滴重管内，至 同一高度，然后利用活塞的控制液体的滴速，使其一滴一滴的淌下，每次控制一样的滴数滴 入干燥的称量瓶中进行称量，一般为510滴（实验中是3+3滴）。按照公式（2），利用水 的表面张力来测定待测溶液的表面张力。五、实验注意事项A. 最大气泡法：一、配制溶液时应当计算好溶液所需的量。因为母液仅有100mL，所以配制溶液时必需节 约利用，应当从高浓度向底浓度逐份配制。二、测定用的毛细管必然要洗干净，而且必需滴加丙酮吹洗后再用电吹风吹干，不然气泡可 能不能持续稳固的流过而使压差计读数不稳固。3、毛细管必然要维持垂直，管口恰好插到与液面接触
11、。4、在数字式微压测量仪上，应当仔细调节分液漏斗的活塞使得气泡能够尽可能缓慢逸出， 然后再读出微压测量仪上的最大压力。五、每次改换溶液时毛细管必需洗净烘干，万万注意不要将异物吹入毛细管内使其堵塞。B. 滴重法一、必需维持滴重管的端口平整、滑腻，滴重管要始终维持垂直。二、液面高度，滴速和每次的滴数都要维持相同。3、活塞或洗耳球都必需要好好控制。六、实验数据处置正丁醇质量m=18.2301g，实验温度T=25.0C25.0C时 水=71.97X10-2N/m,A、最大气泡法1.由实验结果计算出各份溶液的表面张力。，并作。c曲线。水的最大压力Ap =673kPa,水由公式% = 3得，Ap1 Ap
12、水b =水 Ap1 Ap 水可求得不同浓度下的b值，列表如下：表1不同浓度正丁醇溶液的Ap值和相应的。值c(mol/L)0.01970.04920.09840.1480.1970.2460.2950.344Ap (kPa)602561503473429403372345b (N/m)6.44X10-26.00X10-25.38X10-25.06X10-24.59X10-24.31X10-23.98X10-23.69X10-2由表1数据作图得:拟合曲线方程为：。=0.07197 - 0.07197b ln(1+c/a)，其中优化得 a, b 的值别离为：0.03763, 0.19874R2= 0
13、.98613二、求各浓度的华值，并计算各相应浓度下的r。* dc jT假设测定进程中温度恒定，对上面拟合出的方程求导，得：(do ) _ 0.01430*dc ) 一0.03763+cT据此公式列得表2：c表2最大气泡法测定正丁醇表面张力，c值c(mol/L)0.04920.09840.1480.1970.2460.295r do)* dc )T-0.165-0.105-0.077-0.0610-0.0504-0.0430r(mol/m2)3.28X10-64.16X10-64.58X10-64.85X10-65.00X10-65.12X10-6c1.50X1042.36X1043.23X10
14、44.06X1045.01X1045.76X104r图中直线知足方程：y =17.48031x + 0.64206R2= 0.99935故得：- =1.75X105 mol/m28所得的正丁醇分子的横截面积。11.75 x 105S =0 r N 6.023 x 1023mol = 2.90 x 10 -19 m 2二、滴重法数据结果Am水=0.3095g利用公式可列得表3:表3滴重法测定正丁醇表面张力。，c数据c(mol/L)0.01970.04920.09840.1480.1970.2460.2950.344Am (g)0.29900.26230.23880.21920.20610.19390.18270.1720。CN/m)6.9536.1005.5535.0974.7924.5094.2484.000X10-2X10-2X10-2X10-2X10-2X10-2X10-2X10-2R2= 0.98356实验温度下，对拟合方程求导得:由那个公式计算取得表4c表4滴重法测定止丁醇表面张力，亍c值c(mol/L)0.04920.0984
