水溶液的表面张力随物质浓度.ppt

表面张力的测定 化学学院　　　刘凡 一、实验目的 1.掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 2. 测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力的测定。 3.加深对表面张力、表面自由能、Gibbd吸附关系式和Langmuir等温吸附式理解。 4.确定正丁醇的横截面积。 二、实验原理 在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。可是在液体表面层的分子却不相同。因为表面层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。因此在液体表面层中， 每个分子都受到垂 直于液面并指向液 体内部的不平衡力。 　　吸引力使表面上的分子向内挤促成液体的最小面积。要使液体的表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功增加分子的位能。所以说分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。 *增大一平方米表面所需的最大功W或增大一平方米所引起的表面自由能的变化值ΔG称为单位表面的表面能，其单位为J．m-2。 *液体限制其表面及力图使它收缩的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力，其单位是N.m-1。 液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小；液体的表面张力也与液体的纯度有关，变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。 第一类：水溶液的表面张力随物质浓度的增加而略微上升，且近于直线。此类物质为无机盐及其多羟基有机物，如：NaCl、NaOH、蔗糖、甘油醇等水溶液是属于这一类型。?第二类：水溶液的表面张力随物质浓度增加而逐渐降低。当浓度稀时，下降比较快；浓度高时，下降比较慢。属于此类物质的有：醇类、酸类、酮类、醛类、酯类溶剂等大部分极性有机物。第三类：在物质浓度很低时，水溶液的表面张力就随物质浓度增加而急剧下降，表面张力下降到一定程度后，溶液浓度在增加，溶液的表面张力下降缓慢或基本不变。此类物质主要为长链极性有机物。如：非离子和离子表面活性剂。 若溶质能降低溶剂的表面张力，则表面层溶质的浓度应比溶液内部的浓度大；如果所加溶质能使溶剂的表面张力增加，表面层溶质的浓度应比内部低。这种现象称为溶液的表面吸附。用吉布斯公式(Gibbs)表示： Γ为表面吸附量(mol.m-2)，σ为表面张力（J.m-2）。 　　　　　溶质降低溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附作用。 　　　　　溶质增加溶剂的表面张力，溶液表面层的浓 　　度小于内部的浓度，称为负吸附作用。 通过测定溶液的浓度随表面张力的变化关系可以求得不同浓度下溶液的表面吸附量。 气泡刚形成时，由于表面几乎是平的，所以曲率半径R极大；当气泡形成半球形时，曲率半径R等于毛细管半径r，此时R值最小。随着气泡的进一步增大，R又趋增大，直至逸出液面。 用已知表面张力的液体作为标准，可以测得仪器常数K，也可以测定其它求知液体的表面张力。 吸附量与浓度之间的关系可以用Langmuir等温吸附方程式表示： 式中，Γ∞为饱和吸附量,k为经验常数。将上式整理得： 以c/Γ对c 作图可得到一条直线，其斜率的倒数为Г∞。 最大吸附时，在表面形成一层单分子膜，如果以N代表1m2表面层的分子数，则: 式中,NA为Avogadro常数，则每个分子的截面积A为: 三、实验步骤 1、仪器常数的测定： （1）仔细洗净支管试管与毛细管，连接装置。 （2）加入适量的重蒸馏水于支管试管中，毛细管端面与液面相切。 （3）打开滴液漏斗缓慢抽气，使气泡从毛细管缓慢逸出，调节逸出气泡均匀的放出，大约每分钟20～30个左右。以微压差计记录2分钟实验数据，读出最大压差，读3次，取平均值。 2、待测样品表面张力的测定：配制从0.02~0.4mol/L系列（0.02, 0.04, 0.06,0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.35, 0.40）的正丁醇溶液。（正丁醇ρ=0.8109）可先配制0.40mol/L的溶液， 其余的进行稀释配制即可。 3、用待测溶液洗净支管试管和毛细管后，方法同1，装入待测样品，测定气泡缓慢逸出时的最大压差。 四、数据记录及处理 1、计算仪器常数 ； 2、计算溶液的表面张力，以浓度C为横坐标，以c为横坐标，σ为纵坐标作图，并连成光滑曲线。 3、在曲线上取若干（ 0.03, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.30, 0.40 ）点，求其斜率，并计算吸附量。 以Γ为纵坐标，c为横坐标，绘出吸附量与浓度关系图。 以c/ Γ为纵坐标，c为横坐标，绘出c/ Γ与浓度关系图。并求出Γ∞值，计算正丁醇的分子截面积。 五、实验注意事项 1.测定时毛细管及支管试管应洗涤干净，否则气泡不能连续形成，而影响最大压差的测量。 2.测定时毛细管端刚好和溶液