表面張力的測(cè)定課件

表面張力的測(cè)定大慶石油學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心

2007年3月實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.測(cè)定正丁醇水溶液的表面張力，并根據(jù)Gibbs吸附等溫式計(jì)算表面吸附量。2.了解表面張力的性質(zhì)，表面自由能的意義以及表面張力和吸附的關(guān)系。3.掌握用最大氣泡法測(cè)定表面張力的原理和技術(shù)。實(shí)驗(yàn)原理純物質(zhì)表面層的組成與內(nèi)部相同，因此在定溫定壓下純液體的表面張力是定值。當(dāng)向其中加入溶質(zhì)時(shí)，根據(jù)能量最低原則，溶質(zhì)能降低溶劑表面張力時(shí)，表面層溶質(zhì)的濃度比溶液內(nèi)部大；反之，溶質(zhì)使溶劑表面張力升高時(shí)，表面層溶質(zhì)的濃度比溶液內(nèi)部低。

這種表面濃度與溶液內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象叫做溶液的表面吸附。實(shí)驗(yàn)原理式中：Γ：表面吸附量（單位：mol·m-2）；

T：熱力學(xué)溫度（單位：K）；

c：稀溶液濃度（單位：mol·m-2）；

R：氣體摩爾常數(shù)，8.314N·m·mol-1·K-1。

(1)在指定溫度和壓力下，溶質(zhì)的吸附量與溶液的表面張力及溶液的濃度有關(guān)，其關(guān)系可用Gibbs等溫吸附方程表示：

實(shí)驗(yàn)原理Γ＞0，正吸附；

Γ＜0，正吸附；本實(shí)驗(yàn)研究正吸附情況。為了求得表面吸附量，需先作出σ＝f(c)的等溫曲線。取曲線上不同的點(diǎn)，就可得出不同值，從而可作出吸附等溫線。

實(shí)驗(yàn)原理

本實(shí)驗(yàn)用鼓泡法測(cè)定溶液的表面張力，其原理如下：從浸入液面下的毛細(xì)管端鼓出空氣泡時(shí)，需要高于外部大氣壓的附加壓力以克服氣泡的表面張力，此附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑成反比，其關(guān)系為：

（2）為附加壓力；為表面張力；為氣泡的曲率半徑；實(shí)驗(yàn)原理

如果毛細(xì)管半徑很小，則形成的氣泡基本是球形的。當(dāng)氣泡開始形成時(shí)，表面幾乎是平的，這時(shí)曲率半徑最大；隨著氣泡的形成，曲率半徑逐漸變小，直到形成半球形，這時(shí)曲率半徑R與毛細(xì)管半徑相等，曲率半徑達(dá)到最小值，根據(jù)（2）式這時(shí)的附加壓力達(dá)到最大值。氣泡進(jìn)一步長(zhǎng)大，R變大，附加壓力則變小，直到氣泡逸出。按照（2）式，R＝r時(shí)的最大附加壓力為：

或（3）實(shí)驗(yàn)原理實(shí)際測(cè)量時(shí)，使毛細(xì)管端剛剛與液面相接觸，則可忽略鼓泡所需克服的靜壓力，這樣就可直接用（3）式進(jìn)行計(jì)算。

當(dāng)用密度為

的液體作壓力計(jì)介質(zhì)時(shí)，測(cè)得與

最大壓差為相應(yīng)的則將合并成一個(gè)常數(shù)，則上式變?yōu)椋?）（4）式中的儀器常數(shù)K可用已知表面張力的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)得。儀器試劑實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)前將毛細(xì)管和容量瓶用鉻酸洗液洗凈。然后用水作標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，測(cè)定儀器常數(shù)K值。為此在小燒杯中裝入蒸餾水，使毛細(xì)管端剛剛與液面相接觸，按圖接好全部?jī)x器，并將小燒杯放入恒溫水浴中，達(dá)到指定溫度后，緩慢打開放水旋塞，使氣泡從毛細(xì)管端盡可能緩慢地鼓出，同時(shí)注意讀取壓力計(jì)的最大壓差值。讀取數(shù)次，取平均值。1.儀器常數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)步驟配制0.50mol·L-1的正丁醇溶液50mL。為此先按正丁醇的摩爾質(zhì)量和室溫下的密度計(jì)算需用正丁醇的體積。在250ml容量瓶中裝入三分之二的蒸餾水，然后用10ml移液管或2ml刻度移液管吸取所需正丁醇體積放入容量瓶中，加水至刻度并混合均勻。裝入50ml堿式滴定管，再用這一濃溶液配制下列濃度的稀溶液各50mL：0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.16、0.2、0.24mol·L-1。

2.溶液的配制實(shí)驗(yàn)步驟3.測(cè)定溶液的表面張力將已配好的正丁醇溶液，從稀到濃依次測(cè)定其表面張力。每次更換溶液時(shí)不必烘干試管及毛細(xì)管，只需用少量待測(cè)溶液淌洗三次即可。實(shí)驗(yàn)完成后用蒸餾水洗凈儀器，小燒杯中裝入蒸餾水，并將毛細(xì)管浸入水中保存。實(shí)驗(yàn)步驟4.試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表濃度(mol·L-1)0.000.020.040.060.08高度差(mm)濃度(mol·L-1)0.100.120.16

0.20.24高度差(mm)實(shí)驗(yàn)演示數(shù)據(jù)處理1.以純水測(cè)量結(jié)果按式（4）計(jì)算K值。純水的表面張力見附錄。2.計(jì)算各溶液的表面張力值。3.作表面張力－濃度圖，曲線要求光滑。用鏡象法在曲線的整個(gè)范圍內(nèi)取10個(gè)點(diǎn)左右作切線，示得相應(yīng)的Z值。4.計(jì)算出值后，作出吸附等溫線，即Γ-c圖。思考題1.在測(cè)量過(guò)程中，