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1、外表张力的测定实验室实验室:化学楼化学楼6091.用最大气泡法用最大气泡法测定不同定不同浓度乙醇溶液的外度乙醇溶液的外表表张力；力；2.利用吉布斯公式利用吉布斯公式计算不同算不同浓度下乙醇溶液度下乙醇溶液的吸附量的吸附量 。一实验目的一实验目的1. 外表外表张力力 在液体内部，任一分子受周在液体内部，任一分子受周围分子的吸引力是平衡分子的吸引力是平衡的，但液体外表的，但液体外表层的分子却要遭到向内的拉力。的分子却要遭到向内的拉力。二实验原理二实验原理 因此要使液体的外表积增大，就必需对抗分子向内因此要使液体的外表积增大，就必需对抗分子向内的拉力而作功，阐明了分子在外表层内比在液体内部有的拉力而
2、作功，阐明了分子在外表层内比在液体内部有较大的势能，这势能就是外表自在能。较大的势能，这势能就是外表自在能。dGwdA 式中式中为比例常数，其物理意比例常数，其物理意义是在恒温恒是在恒温恒压组成不成不变的条件下，添加的条件下，添加单位外表位外表积时引起体系自在能的添加引起体系自在能的添加值，因此，因此称称为比外表自在能，其量比外表自在能，其量纲为Jm-2,还可可称称为外表外表张力，其物理意力，其物理意义是沿着与外表相切的方向，是沿着与外表相切的方向，垂直作用于外表垂直作用于外表单位位长度上的力。外表度上的力。外表张力是液体的力是液体的重要特性之一，它与所重要特性之一，它与所处的温度、的温度、压
3、力、力、浓度以及共度以及共存的另一相的存的另一相的组成有关。成有关。 2.溶液的外表吸附溶液的外表吸附 纯液体外表液体外表层的的组成与内部成与内部组成一成一样，因此液体，因此液体只能只能经过尽能尽能够地减少其外表以降低体系的外表自在能。地减少其外表以降低体系的外表自在能。对于溶液，由于溶于溶液，由于溶质能引起溶能引起溶剂外表外表张力的力的变化，因此化，因此可可经过调理溶理溶质在外表在外表层的的浓度来降低外表能。假度来降低外表能。假设溶溶质能降低溶能降低溶剂的外表的外表张力力时，那么外表，那么外表层中溶中溶质的的浓度度大于溶液内部溶大于溶液内部溶质的的浓度；反之，假度；反之，假设溶溶质能使溶能使
4、溶剂的的外表外表张力升高，那么外表力升高，那么外表层中溶中溶质的的浓度小于溶液内部度小于溶液内部溶溶质的的浓度。度。这种外表种外表浓度与溶液内部度与溶液内部浓度不同的景象度不同的景象叫做溶液的外表吸附。叫做溶液的外表吸附。 在一定的温度和压力下，吉布斯推导出了溶液外表吸在一定的温度和压力下，吉布斯推导出了溶液外表吸附量与溶液的外表张力和溶液浓度之间的关系，即附量与溶液的外表张力和溶液浓度之间的关系，即 式中式中为外表吸附量外表吸附量molm-2, 为溶液的外表溶液的外表张力力Jm-2，T为热力学温度力学温度K，c为溶液的溶液的浓度度moldm-3，R为气体常数。气体常数。 a.假假设参与溶参与
5、溶质使液体外表使液体外表张力降低，即力降低，即(d/dc)0，那么那么0，此，此时溶液外表溶液外表层的的浓度大于溶液内部的度大于溶液内部的浓度，度，称称为正吸附，此正吸附，此类物物质称称为外表活性物外表活性物质。假。假设参与溶参与溶质使液体外表使液体外表张力升高，即力升高，即(d/dc)0，那么，那么0，此，此时溶液外表溶液外表层的的浓度小于溶液内部的度小于溶液内部的浓度，称度，称为负吸附，吸附，此此类物物质称称为非外表活性物非外表活性物质。b.由吉布斯吸附等温式可看出，只需由吉布斯吸附等温式可看出，只需测得某得某温度下不温度下不同同浓度溶液的外表度溶液的外表张力，以力，以 c作作图，在，在
6、c的曲的曲线上上作不同作不同浓度下的切度下的切线，可，可获得不同得不同浓度所度所对应的斜率，的斜率，即可求出不同即可求出不同浓度度时气一液界面上的吸附量气一液界面上的吸附量。3.最大气泡法最大气泡法4.最大气泡法最大气泡法 测定外表定外表张力的方法有力的方法有许多种多种 ：毛：毛细管上升法管上升法,环法法,滴体滴体积法法, 最大最大压力气泡法力气泡法 等。等。a.当玻璃毛当玻璃毛细管一端与液体接触，并往毛管一端与液体接触，并往毛细管内加管内加压时，可以在液面的毛，可以在液面的毛细管口管口处构成气泡。构成气泡。b. 设气泡在构成气泡在构成过程中一直程中一直坚持球形，那么气泡内外的持球形，那么气泡
7、内外的压力差力差(即施加于气泡的附加即施加于气泡的附加压力力)P与气泡的半径与气泡的半径r 、液体外表液体外表张力力之之间的关系可由拉普拉斯公式表示。的关系可由拉普拉斯公式表示。 显然，在气泡构成然，在气泡构成过程中，气泡半径由大程中，气泡半径由大变小，小，再由小再由小变大，而大，而压力差力差P那么由小那么由小变大，然后再由大，然后再由大大变小。当气泡半径小。当气泡半径r等于毛等于毛细管半径管半径R时，压力差力差到达最大到达最大值Pmax。c. 经过测定定R和和Pmax，可求得液体的外表，可求得液体的外表张力。力。 d.由于毛由于毛细管的半径管的半径较小，直接丈量小，直接丈量R误差差较大。通常
8、大。通常用一知外表用一知外表张力力为的液体的液体(如水、甘油等如水、甘油等)作作为参考液体，参考液体，在一在一样的的实验条件下，条件下，测得相得相应最大最大压力差力差为Pmax,0。本本实验中中选择蒸蒸馏水作水作为参考物。参考物。三实验仪器与药品三实验仪器与药品仪器：超级恒温槽，外表张力测定实仪器：超级恒温槽，外表张力测定实验安装，阿贝折射仪。验安装，阿贝折射仪。 试剂：蒸馏水，系列乙醇溶液试剂：蒸馏水，系列乙醇溶液 。 四四.实验步骤实验步骤1. 管中装入一定量的参考液体管中装入一定量的参考液体(去离子水去离子水)，按，按图接好管接好管路，路，调理毛理毛细管高度，使毛管高度，使毛细管管口管管
9、口处于于刚好接触溶液好接触溶液外表的位置，并将超外表的位置，并将超级恒温槽恒温槽调理至理至25.0 0.1或或30.0 0.1。 2. 待溶液恒温非常待溶液恒温非常钟后，后，经过活塞来活塞来调理水滴滴入瓶中理水滴滴入瓶中的速度，使气泡从毛的速度，使气泡从毛细管口逸出，速度控制在每分管口逸出，速度控制在每分钟515个。个。记录微微压差差仪读数，得数，得P max,0 。(要求至少要求至少测定三次，然后取平均定三次，然后取平均值)3. 同上同上17号乙醇溶液的号乙醇溶液的Pmax。 4.测定定17号乙醇溶液的的折射率。号乙醇溶液的的折射率。五五.实验数据处置实验数据处置1.求出不同求出不同浓度度时乙醇水溶液的乙醇水溶液的 。2.求出不同乙醇水溶液的求出不同乙醇水溶液的浓度度c。3. 作作 c图，曲，曲线要平滑。要平滑。4.在光滑曲在光滑曲线上取上取67个点，作切个点，作切线求出求出Z值。5.求出不同求出不同浓度度时乙醇水溶液的乙醇水溶液的 。6.作作c曲曲线。
