《物理化学》课程PPT教学课件（实验）最大气泡法测定溶液的表面张力

最大气泡法测定溶液的表面张力

最大气泡法测定溶液的表面张力

目的要求 1.测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力计算表面吸 附量和乙醇分子的横截面积。 2.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。 3.掌握用最大气泡法测定表面张力的原理和技术

目的要求 ▪ 1. 测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力,计算表面吸 附量和乙醇分子的横截面积。 ▪ 2. 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。 ▪ 3. 掌握用最大气泡法测定表面张力的原理和技术

基本原理 1.表面自由能 物体表面分子和内部分子所处的境遇不同,表面层分子受到向内 的拉力,所以液体表面都有自动缩小的趋势。如果把一个分子由 内部迁移到表面,就需要对抗拉力而做功。在温度、压力和组成 都恒定时,可逆地使表面增加AS所需对体系做的功,叫表面功, 可表示为: A=AG=0△S 称为表面自由能,单位为Jm2。若把σ看作为作用在界面上每 单位长度边缘上的力,通常称为表面张力

基本原理 1. 表面自由能 物体表面分子和内部分子所处的境遇不同，表面层分子受到向内 的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。如果把一个分子由 内部迁移到表面，就需要对抗拉力而做功。在温度、压力和组成 都恒定时，可逆地使表面增加ΔS所需对体系做的功，叫表面功， 可表示为： -A=ΔG=σΔS σ称为表面自由能，单位为J/m2。若把σ看作为作用在界面上每 单位长度边缘上的力，通常称为表面张力

2.溶液的表面吸附 根据能量最低原则溶质能降低溶剂的表面张力时,表面层溶质的 浓度比溶液内部大;反之,溶质使溶剂的表面张力升高时,表面层中 的浓度比内部的低。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。 在指定的温度和压力下,溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液 的浓度有关,从热力学方法可知它们之间的关系遵守吉布斯吸附 方程:

2. 溶液的表面吸附 在指定的温度和压力下,溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液 的浓度有关,从热力学方法可知它们之间的关系遵守吉布斯吸附 方程: 根据能量最低原则,溶质能降低溶剂的表面张力时,表面层溶质的 浓度比溶液内部大;反之,溶质使溶剂的表面张力升高时,表面层中 的浓度比内部的低。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

c do rt dc I为表面吸附量(单位:molm2);T为热力学温度(单位K):C为稀 溶液浓度(单位 emol.dm3);R为气体常数。 do 0,则r>0称为正吸附; d6则<0称为负吸附; dc

Γ为表面吸附量(单位:mol·m-2 );T为热力学温度(单位:K);C为稀 溶液浓度(单位:mol·dm-3 );R为气体常数。 T dC d RT C ( )   = −  0,则  0 dC d 称为负吸附;  0,则  0 dC d 称为正吸附;

乙醇是表面活性物质,能降低溶剂的表面张力它们在水溶液表面 的排列情况随浓度不同而异:当浓度小时分子可以平躺在表面上; 浓度增大时,分子的极性基团取向溶剂内部,而非极性基团基本上 取向空间;当浓度增大到一定程度时溶质分子占据了所有表面就 形成饱和吸附层。 以表面张力对浓度作图,可得到cC曲线从图中可以看出,在开始 时σ随浓度的增加而迅速下降,以后的变化比较缓慢。 在c-C曲线上任选一点诈作切线即可得该点所对应浓度C的斜率, 再由可求得不同浓度下的I值

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， 再由上式可求得不同浓度下的Γ值。 乙醇是表面活性物质,能降低溶剂的表面张力,它们在水溶液表面 的排列情况随浓度不同而异:当浓度小时,分子可以平躺在表面上; 浓度增大时,分子的极性基团取向溶剂内部,而非极性基团基本上 取向空间;当浓度增大到一定程度时,溶质分子占据了所有表面,就 形成饱和吸附层。 以表面张力对浓度作图,可得到σ-C曲线,从图中可以看出,在开始 时σ随浓度的增加而迅速下降,以后的变化比较缓慢。 T dC d ( ) 

3.饱和吸附与溶质分子的横截面积 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: KC TET 01+KC 式中:I是饱和吸附量,K是常数,将上式取倒数可得: Cc 1 TT KC 作(C)-C图,直线斜率的倒数即为。 如果以N代表1m2表面上溶质的分子数,则有N=nL

式中:Γ∞ 是饱和吸附量，K是常数，将上式取倒数可得: 3. 饱和吸附与溶质分子的横截面积 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： KC KC +  =  1 KC C C 1 +  =   作(C/Γ)-C图,直线斜率的倒数即为Γ∞ 。 如果以N代表1m2表面上溶质的分子数,则有:N=Γ∞ L

可得每个溶质分子在表面上所占据的横截面积: G=1(TT2) 因此若测得不同浓度下溶液的表面张力从C曲线上求出不同 浓度的吸附量I,再从C/)-C直线上求出r,便可以计算出溶质 分子的横截面积σB

因此,若 测得不同浓度下溶液的表面张力,从σ-C曲线上求出不同 浓度的吸附量Γ,再从(C/Γ)-C直线上求出Γ∞ ,便可以计算出溶质 分子的横截面积σB 。 可得每个溶质分子在表面上所占据的横截面积: σ= 1/(ΓΓ∞ )

4.最大气泡法

4. 最大气泡法

将被测液体装于测定管中,使玻璃管下端毛细管面与液面相切液面 沿毛细管上升打开抽气瓶的活塞缓缓放水抽气测定管中的压力P 逐渐减小,毛细管压力P0就会将管中液面压至管口形成气泡,其曲 率半径由大而小,直至恰好等于毛细管半径时,根据拉普拉斯公式 这时能承受的压力差也最大 △Pmax=△Pr=Po-Pn=2/r

△Pmax =△Pr =P0 -Pr =2σ/r 将被测液体装于测定管中,使玻璃管下端毛细管面与液面相切,液面 沿毛细管上升,打开抽气瓶的活塞缓缓放水抽气,测定管中的压力P 逐渐减小,毛细管压力P0 就会将管中液面压至管口,形成气泡,其曲 率半径由大而小,直至恰好等于毛细管半径时,根据拉普拉斯公式, 这时能承受的压力差也最大: