实验十一最大气泡法测定溶液的表面张力报告Word下载.docx
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1
根据能量最低原则,溶质能降低溶剂的表面张力时,表面层中溶质的浓度应
比溶液的内部来得大;
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做溶液的表
面吸附。
从热力学方法可知它们之间的关系遵守Gibbs吸附方程:
式中:
Γ
c
RT
T
(11.2)
Γ—表面吸附量(mol·
m
-2)
σ—溶液表面张力(N·
-1)
T—热力学温度(K)
c—溶液浓度(mol·
-3)
R—气体常数(8.3145J.K-1.mol-1)。
以表面张力σ对溶液浓度c作图,可得到σ—c曲线,在σ—c曲线上任选一
点I作切线,即可得该点所对应浓度ci的斜率(dσ/dci)T,可求得不同浓度下的Γ值
和得出Γ—c的关系图。
在一定的温度下,吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir等温式表示:
ΓΓ
Kc
(11.3)
-2)Γ∞—表面饱和吸附量(mol·
K—经验常数(与溶质的表面活性大小有关)
将(11.3)式转化成直线方程为:
cc1
(11.4)
KΓ
若以c/Γ~c作图可得一直线,由直线斜率可求出Γ
∞。
假若在饱和吸附的情况下,在气液界面上铺满一单分子层,则可应用下式求
得被测物质的分子横截面积S0:
S~
N
~
23mol-1)。
式中为阿佛加德罗常数(6.022×
10
(11.5)
11.3最大泡压法
2
将被测液体装于测定管中,使玻璃管下端毛细管端面与液面相切,液面沿毛
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。
这样毛细管内
液面受到一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用力
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
数字式微压差测量仪读出。
其关系式为:
pmax=p
大气-p系统=p(11.6)
2pmax。
如果毛细管半径为r,气泡由毛细管口逸出时受到向下的总压力为πr
气泡在毛细管受到的表面张力引起的作用力为2πrσ。
刚发生气泡自毛细管逸
出时,上述两力相等,即:
2pmax=πr2p=2πrσ(11.7)
πr
σ=rp/2(11.8)
若用同一根毛细管,对两种具有表面张力为σ1和σ2的液体而言,则有下列关系:
σ1=σ2p1/p2=Kp1(11.9)
式中K为仪器常数。
11.4实验仪器和试剂
恒温装置1套
带有支管的试管(附木塞)1支
毛细管(半径为0.15~0.02mm)1根
容量瓶(50mL)8只
数字式微压差测量仪1台
3
烧杯(200mL)1只
洗耳球1个
移液管1支
滴管1支
正丁醇(分析纯)
11.5实验步骤
11.1.4将仪器洗涤干净并按图Ⅱ-11-1装置。
对需干燥的仪器作干燥处理。
11.1.5调节恒温为30℃。
11.1.6正丁醇溶液配制:
分别准确配制0.02、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、
-3
11.2.3mol.dm
正丁醇溶液各100mL。
(注:
纯正丁醇的加入量分别为:
0.1482、0.3706、
0.7412、1.1118、1.4812、1.8530、2.2236、2.5942g,加水至近100mL,在30℃恒
温15min,用30℃恒温的蒸馏水加至100.00mL刻度)。
11.1.7仪器常数测定:
先以蒸馏水作为待测液测定其仪器常数。
方法是在测定管中
注入蒸馏水,将干燥的毛细管垂直地插到使毛细管的端点刚好与水面相切,置于
恒温水浴内恒温10min。
注意使毛细管保持垂直并注意液面位置,然后按图Ⅱ-11-1
接好系统。
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5s~10s1
个。
在毛细管口气泡逸出的瞬间最大压差约在700Pa~800Pa左右(否则需调换毛细
管)。
通过手册查出实验温度时水的表面张力,利用公式(11.9),求出仪器常数K。
11.1.8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,按照仪器常数测定的方法,测定已知浓度的待测样品的压力差p,代
入公式(11.9)计算其表面张力。
11.5实验注意事项
11.5.1测定用的毛细管一定要洗干净,否则气泡可能不能连续稳定地流过,而使压
差计读数不稳定,如发生此种现象,毛细管应重洗。
11.5.2毛细管一定要保持垂直,管口刚好与液面相切。
11.5.3气泡形成速度应稳定;
在数字式微压差测量仪上,应读出气泡单个逸出时的
最大压力差。
11.6数据记录及处理
4
(一)实验数据
11.6正丁醇溶液的配制
表1.正丁醇溶液的配制
室温25.00℃;
实验温度30.00℃;
大气压96.18kPa
#2#3#4#5#6#7#8#100ml容量瓶1
V
正丁醇/ml0.20000.50001.0001.5002.0002.5003.0003.500
正丁醇=ρ正丁醇V
正丁醇/M
-3)/mold·
m-3,M
正丁醇/(100×
10
正丁醇=74.12g·
mol
-1,ρ-3
正丁醇=0.8098g?
dm
-30.021850.054630.10930.16390.21850.27310.32780.3824
正丁醇/mol·
11.7仪器常数的测定
表2.仪器常数的测定
待测物质
pH
2O/Paσ
123平均值
-1
/N·
仪器常数K
-1-1
m·
Pa
-29.4529×
10-5H2O6936926926927.118×
-1)计算公式:
K=σH2O/pH
2O(N·
11.8正丁醇溶液表面张力的测定
表3.正丁醇溶液表面张力的测定
正丁醇浓度
Δp/Paσ
/mol·
11.1.96846826836830.06456
11.2.46496506496490.06135
0.74135725745735730.05416
11.75215215225210.04925
11.5.44814804824810.04547
273.14464464464460.04216
327.84194204204200.03970
382.44034024024020.03800
11.9作σ~c图,求出曲线上不同浓度c点处的(?
σ/?
c)T,p,并计算相应浓度的Γ。
5
11.10
11.1.10
-
·
/
σ
11.2.5
0.7414
11.8
11.5.5
σ=0.06769-0.1362c+0.15426c
050100150200250300350400
c/mol·
图1.σ~c关系曲线图
-4c+1.54201×
10-7c2(N?
m曲线拟合方程:
σ=0.06769-1.362121×
(?
c)T,p=-1.36212×
-4+2×
1.54201×
10-7c(N?
m2?
-2)Γ=-c/8.3145/303.15dσ×
/dc(mol·
表3.正丁醇溶液表面张力的计算
/molm·
-(?
c)T,p
-2
/mol·
c/Γ
-1
/m
-52.40×
10-62.09×
107
327.90.0612612.1×
-54.18×
10-62.39×
382.50.0556110.5×
-55.35×
10-62.80×
150.10.050739.00×
-55.91×
10-63.38×
200.10.046627.45×
-55.86×
10-64.26×
250.10.043275.91×
-55.20×
10-65.77×
107300.00.040704..371×
图2.c/Γ~c关系直线图
6
5m2·
mol-1,Γ-6m-2·
mol-1直线斜率k=1/Γ∞=1.729×
10∞=5.784×
11.11求乙醇分子的横截面积S0。
S0=1/LΓ∞=1.729×
5/(6.022×
1023)=0.287×
10-18m2=0.287nm2
(二)实验数据
11.1.11乙醇溶液的配制
表1.乙醇溶液的配制
#2#3#4#5#6#7#8#容量瓶编号1
乙醇/g4.28878.914811.18418.02624.39630.18534.96544.389
乙醇=m乙醇/M
-3-3
乙醇/(100×
10,M
)/mold·
乙醇=46.08g
.
乙醇
-30.93091.93512.42763.91275.29546.55207.58959.6351
/mold·
11.1.12仪器常数的测定
H2O10381038103810387.118×
-5
11.2.6×
11.1.13乙醇溶液表面张力的测定
表3.乙醇溶液表面张力的测定
乙醇浓度
/103mol.·
m-3
3mol.·
0.74157927947937930.05438
11.96726726726720.04608
11.5.66356356356350.04354
273.25355355355350.03669
327.104744744744740.03250
382.64364364364360.02990
150.24174174174170.02860
200.23853853853850.02640
11.1.14作σ~c图,求出曲线上不同浓度c点处的(?
7
11.12
11.1.15
11.2.7
0.7416
11.5.7
σ=0.06769-0.1362c+0.15426c
327.110.050.100.150.200.250.300.350.40
c/molm·
曲线拟合方程:
σ=0.06769-0.1362c+0.15426c
c)T,p=-0.1362+2×
0.15426c
表3.乙醇溶液表面张力的计算
/N.m
382.7×
150.311.31×
-6
200.3×
8
250.2×
30.049268.352×
10-54.970×
10-63.018×
108
1.500×
30.045606.540×
10-55.189×
10-63.854×
2.1×
30.042675.363×
10-55.319×
10-64.700×
2.500×
30.040234.546×
10-55.411×
10-65.544×
3.1×
30.038133.941×
10-55.473×
10-66.395×
3.500×
30.036303.467×
10-55.501×
10-67.271×
4.1×
30.034693.077×
10-55.493×
10-68.193×
4.500×
30.033252.745×
10-55.446×
10-69.181×
5.1×
5.500×
0.31962.458×
5.364×
10.25×
-6-2
∞=5.665×
10mol·
8·
52-1
斜率=1/Γ
∞=1.765×
10m·
123456
3-3
c/10mol·
mol-1直线斜率k=1/Γ∞=1.765×
10∞=5.665×
11.13求乙醇分子的横截面积S0。
S0=1/LΓ∞=1.765×
1023)=0.293×
10-18m2=0.293nm2
11.1.16问题讨论
11.2.8何谓表面张力、比表面能?
表面张力与温度有无关系?
11.2.9何谓正吸附与负吸附?
11.2.10本实验用吉布斯吸附方程求什么量?
要求出此量需什么数据?
本实验用什
么方法测取此数据?
11.2.11为什么要测定仪器常数?
11.2.12是否可以在测定仪器常数时,压力计内的液体用水,而测待测溶液时,压力
计内水被换成乙醇?
为什么?
11.2.13影响本实验结果的关键因素是什么?
9
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