最大氣泡法測定溶液表面張力第1頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/24一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)測定不同濃度正丁醇溶液的表面張力，計算吸附量。(2)掌握最大氣泡法測定溶液表面張力的原理和技術(shù)。(3)了解氣液界面的吸附作用，計算表面層被吸附分子的截面積物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)2023/7/24第2頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)二．實(shí)驗(yàn)原理

從熱力學(xué)觀點(diǎn)來看，液體表面縮小是一個自發(fā)過程，這是使體系總自由能減小的過程，欲使液體產(chǎn)生新的表面ΔA，就需對其做功，其大小應(yīng)與ΔA成正比:

(1)＝γdAδ2023/7/24第3頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)

如果ΔA為1m2，則W′=γ是在恒溫恒壓下形成1m2新表面所需的可逆功，所以γ稱為比表面吉布斯自由能，其單位為J·m-2。也可將γ看作為作用在界面上每單位長度邊緣上的力，稱為表面張力，其單位是N·m-1。在定溫下純液體的表面張力為定值，當(dāng)加入溶質(zhì)形成溶液時，表面張力發(fā)生變化，其變化的大小決定于溶質(zhì)的性質(zhì)和加入量的多少。2023/7/24第4頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)

水溶液表面張力與其組成的關(guān)系大致有三種情況：①隨溶質(zhì)濃度增加表面張力略有升高；②隨溶質(zhì)濃度增加表面張力降低，并在開始時降得快些；③溶質(zhì)濃度低時表面張力就急劇下降，于某一濃度后表面張力幾乎不再改變。2023/7/24第5頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)

以上三種情況溶質(zhì)在表面上的濃度與體相中的都不相同，這種現(xiàn)象稱為溶液表面吸附。根據(jù)能量最低原理，溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力時，表面層中溶質(zhì)的濃度比溶液內(nèi)部大；反之，溶質(zhì)使溶劑的表面張力升高時，它在表面層中的濃度比在內(nèi)部的濃度低。

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在指定的溫度和壓力下，溶質(zhì)的吸附量與溶液的表面張

力及溶液的濃度之間的關(guān)系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程.γ為表面張力;C為吸附達(dá)到平衡時溶質(zhì)在介質(zhì)中的濃度

Γ＝－吸附量(Γ)─單位面積的溶液表面上所含溶質(zhì)的量超過同量溶劑在溶液本體中所含溶質(zhì)的量，量綱為：mol·m－2

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討論：

①當(dāng)＜0時，Γ＞0，即c表＞c體，正吸附②當(dāng)＞0時，Γ＜0，即c表＜c體，負(fù)吸附③當(dāng)不變時，T↑→?！?，溶液表面吸附是一放熱過程

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引起溶劑表面張力顯著降低的物質(zhì)叫表面活性物質(zhì)，被吸附的表面活性物質(zhì)分子在界面層中的排列，決定于它在液層中的濃度

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根據(jù)朗格謬爾(Langmuir)公式:以C/Г對C作圖，得一直線，該直線的斜率為1/Г∞。由所求得的Г∞代入上式可以寫為如下形式2023/7/24第11頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)

測定溶液的表面張力有多種方法，較為常用的有最大氣泡法和扭力天平法。本實(shí)驗(yàn)使用最大氣泡法測定溶液的表面張力，其測量方法基本原理圖如下2023/7/24第12頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)

將待測表面張力的液體裝于表面張力儀中，使毛細(xì)管的端面

與液面相切，液面即沿毛細(xì)管上升，打開漏斗的活塞緩緩抽氣，

毛細(xì)管內(nèi)液面上受到一個比A瓶中液面上大的壓力，當(dāng)此壓力差

(Δp=p大氣-p系統(tǒng))在毛細(xì)管端面上產(chǎn)生的作用力稍大于毛細(xì)管口液體

的表面張力時，氣泡就從毛細(xì)管口脫出。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)系式為:

(2)

式中，ps為附加壓力；γ為表面張力；

R為氣泡的曲率半徑。

ps＝2023/7/24第13頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)

如果毛細(xì)管半徑很小，則形成的氣泡基本上是球形的。當(dāng)氣泡

開始形成時，表面幾乎是平的，這時曲率半徑最大;隨著氣泡的形成，

曲率半徑逐漸變小，直到形成半球形，這時曲率半徑R和毛細(xì)管半徑

r相等，曲率半徑達(dá)最小值，根據(jù)（2）式這時附加壓力達(dá)最大值。

根據(jù)（2）式，R=r時的最大附加壓力為:

(10)

(3)

Ps(max)＝Δpmax=2023/7/24第14頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)

已知水在試驗(yàn)條件下的表面張力,測得Δpmax

＝Δpmax(H2O)再測量正丁醇溶液的Δpmax,利用上面兩式可以得出：γ=[Δp/Δp(H2O)]*γ（H2O）(4)r=2γ/Δpmax(5)2023/7/24第15頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)

三、儀器與藥品恒溫槽一臺DP—AW精密數(shù)字（微差壓）壓力計一臺帶夾套的樣品管一支毛細(xì)管一支滴液漏斗一個250mL容量瓶一個50mL容量瓶七個移液管2mL、5mL和10mL各一支燒杯100mL和500mL各一個正丁醇AR2023/7/24第16頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)

四、實(shí)驗(yàn)步驟⑴配制0.5mol·dm-3正丁醇250mL，然后用該溶液配制下列溶液各50mL：c/mol·dm-3

0.0250.050.100.150.200.250.302023/7/24第17頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)

1、記錄數(shù)據(jù)五數(shù)據(jù)處理dcc(mol·dm-3)ΔPmaxγ(N·m-1)dγ/dcΓ(mol·m-2)c/Γ0.0000.0250.0500.1000.1500.2000.2500.3002023/7/24第18頁，課件共19頁，創(chuàng)作于2023年2月物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)2、根據(jù)上述計算結(jié)果，繪制γ—C等溫線