最大泡压法测定溶液表面张力

化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity最大泡压法测定溶液表面张力基础化学实验Ⅲ（物理化学实验）化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity表面张力、吉布斯吸附方程、最大泡压法。知识点：知识点及实验技能训练要点超级恒温槽的调节；表面张力测定仪的使用；最大泡压法对表面张力相关性质的测定（均为首次训练）实验技能训练要点：化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity一、实验目的二、实验原理三、实验步骤四、注意事项五、实验总结六、实验延伸七、思考题化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity1.了解表面张力的性质、表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系；2.掌握最大泡压法测定表面张力的原理和技术；3.测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力，计算溶液的表面吸附量和正丁醇分子的横截面积。一、实验目的化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity（一）表面张力及其与相关物理量的关系液体表面缩小是一个自发过程，将使体系总自由能减小。欲使液体增大单位面积时，要由外界对液体作功，其所需要的能量称为液体的表面自由能或表面能。表面层的分子垂直作用在界面每单位长度边缘上且与表面平行或相切的收缩力，称为比表面张力，简称表面张力，用表示，其单位是N·m-1。二、实验原理化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity溶质分子横截面积S0饱和吸附量Γ∞吸附量Γ表面张力σ溶质密度、摩尔质量Ｍ已知NA为阿伏伽德罗常数作c/Γ–c曲线作σ-c曲线ddTcRTc1cck0A1SNM吸附层厚度(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)(Ⅳ)化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity（二）表面张力的测量方法最大泡压法测表面张力化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity（三）测量原理调毛细管下端端面与被测液体液面相切。抽气，测定管中压力Pt逐渐减小，毛细管中大气压力P0就会将管中液面压至管口，形成气泡。其曲率半径恰好等于毛细管半径r时，此时能承受的压力差为最大，有max0r2pppr化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversitymax0r2pppr随着放水抽气，大气压力将把该气泡压出管口。曲率半径再次增大，此时气泡表面膜所能承受的压力差必然减小，而测定管中的压力差却在进一步加大，故立即导致气泡的破裂。化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity用同一根毛细管分别测定具有不同表面张力(1和2)的溶液时，可得到下列关系式：式中K称为毛细管常数，其值可由已知表面张力的物质来确定。本实验中测定蒸馏水的目的即在于此。1max12rp2max22rpmax112max2ppmax112max1max2pKpp化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity容量瓶加入正丁醇之前可先加入适量的蒸馏水（有什么作用？）1、溶液配制（1）恒温水浴：25℃或30℃。（2）溶液的配制：配制0.02mol·L-1、0.05mol·L-1、0.10mol·L-1、0.15mol·L-1、0.20mol·L-1、0.25mol·L-1、0.30mol·L-1、0.35mol·L-1的正丁醇水溶液各100mL待用。三、实验步骤化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity2、毛细管常数的测定（1）清洗毛细管和测定管（2）调节毛细管与液面相切并使溶液恒温（3）调节气泡速度约为5-7s一个（4）校正零点并读取最大压差三、实验步骤化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity3、待测样品表面张力的测定由稀到浓依次测定正丁醇水溶液的表面张力。每次测量前，都需用待测液充分润洗测定管和毛细管化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity1.畅通大气情况下采零，每个样品测定前都必须采零。2.抽气速度不宜过快，平均5s逸出一个气泡。3.勿让液体进入胶管内。四、注意事项化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity(一)数据处理1.计算正丁醇水溶液准确浓度。2.根据(V)式计算毛细管常数K值，单位为m。3.计算各溶液的表面张力，作-c曲线。4.在-c曲线上取8~10个点，分别作切线，得各点所对应浓度ci的斜率，由(I)式求得不同浓度下的吸附量值Γi。5.作c/Γ-c图，得一直线，斜率的倒数即为Γ∞(mol·m-2)。五、实验总结化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity6.由(Ⅲ)式计算正丁醇分子的横截面积S0值，单位换算为nm2，与文献值0.274~0.289nm2比较。（二）讨论本实验关键在于毛细管的清洁、毛细管口与液面的相切、抽气速度的恒定。化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity表面张力的其他测定方法：（一）毛细管上升法毛细管插入液体后，液体在毛细管内将上升一定高度。平衡时，上升液柱的重量和液体由于表面张力的作用而受到向上的拉力相等，由此可计算获得表面张力值。六、实验延伸化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity（二）滴重法或滴体积法液体受重力作用从垂直安放的毛细管向下滴落，当液滴最大时，其半径等于毛细管半径，此时重力与表面张力相平衡，因而可以从滴落质量计算。测定落滴质量——滴重法，测定落滴体积——滴体积法。化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity（三）拉脱法也叫拉环法、环形法、环法。测量一已知周长的金属圆环（或金属片）从待测液体表面拉出时的最大拉力和圆环的内外半径，可求得表面张力。（四）液滴外形法、振动射流法液滴外形法常用来测定熔融金属以及界面张力低于10-4N·m-1体系的表面张力。振动射流法主要用于测定新生成表面的表面张力，即动态表面张力。化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity参考文献1.陈六平，邹世春，现代化学实验与技术，北京，科学出版社，2019年，270页2.复旦大学等编，庄继华等修订，物理化学实验，第三版，北京，高等教育出版社，2019年，131页3.傅献彩等，物理化学（下册），第五版，北京，高等教育出版社，2019年，313页化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity1.温度变化对表面张力有何影响？2.测定中如果毛细管末端插入溶液内部对有何影响？为什么？3.哪些因素会影响表面张力的测量结果？如何降低这些因素的影响？maxp七、思考题