大泡壓法測定溶液表面張力

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1、化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest University最大泡壓法測定溶液表面張力基礎化學實驗 （物理化學實驗） 化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest University表 面 張 力 、 吉 布 斯 吸 附 方 程 、 最 大 泡 壓 法 。知 識 點 ：知 識 點 及 實 驗 技 能 訓 練 要 點超 級 恒 溫 槽 的 調(diào) 節(jié) ； 表 面 張 力 測 定 儀 的 使 用 ； 最 大 泡壓 法 對 表 面 張 力 相 關 性 質(zhì) 的 測 定 （ 均 為 首 次 訓 練 ）實 驗 技 能 訓 練 要 點 ： 化 學 國 家

2、級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest University一 、 實 驗 目 的二 、 實 驗 原 理三 、 實 驗 步 驟 四 、 注 意 事 項五 、 實 驗 總 結(jié)六 、 實 驗 延 伸七 、 思 考 題 化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest University1. 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 系 ； 2. 掌 握 最 大 泡 壓 法 測 定 表 面 張 力 的 原 理 和 技 術 ；3. 測 定 不 同 濃 度 正 丁 醇 水 溶 液 的 表 面 張

3、力 ， 計 算 溶 液的 表 面 吸 附 量 和 正 丁 醇 分 子 的 橫 截 面 積 。 一 、 實 驗 目 的 化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest University 什 么 是 表 面 能 ？（ 一 ） 表 面 張 力 及 其 與 相 關 物 理 量 的 關 系 液 體 表 面 縮 小 是 一 個 自 發(fā) 過 程 ， 將 使 體 系 總 自 由 能減 小 。 欲 使 液 體 增 大 單 位 面 積 時 ， 要 由 外 界 對 液 體 作功 ， 其 所 需 要 的 能 量 稱 為 液 體 的 表 面 自 由 能 或 表 面 能 。 表 面 層 的 分

4、子 垂 直 作 用 在 界 面 每 單 位 長 度 邊 緣 上 且與 表 面 平 行 或 相 切 的 收 縮 力 ， 稱 為 比 表 面 張 力 ， 簡 稱 表面 張 力 ， 用 表 示 ， 其 單 位 是 Nm -1。 什 么 是 表 面 張 力 ？ 二 、 實 驗 原 理 化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest University 溶 質(zhì) 分 子 橫 截 面 積 S0飽 和 吸 附 量 吸 附 量 表 面 張 力 溶 質(zhì) 密 度 、 摩 爾 質(zhì) 量 已 知NA為 阿 伏 伽 德 羅 常 數(shù) 作 c/ c曲 線作 -c曲 線 dd TcR T c 1c c k

5、 0 A1S N M 吸 附 層 厚 度( ) ( ) ( ) ( ) 化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest University（ 二 ） 表 面 張 力 的 測 量 方 法 最 大 泡 壓 法 測 表 面 張力 化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest University（ 三 ） 測 量 原 理 調(diào) 毛 細 管 下 端 端 面 與 被 測 液 體 液 面 相 切 。 抽 氣 ， 測定 管 中 壓 力 Pt逐 漸 減 小 ， 毛 細 管 中 大 氣 壓 力 P0就 會 將 管 中液 面 壓 至 管 口 ， 形 成 氣 泡 。 其

6、 曲 率 半 徑 恰 好 等 于 毛 細 管半 徑 r時 ， 此 時 能 承 受 的 壓 力 差 為 最 大 ， 有 m ax 0 r 2p p p r 化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest Universitym ax 0 r 2p p p r 隨 著 放 水 抽 氣 ， 大 氣 壓 力 將 把 該 氣 泡 壓 出 管 口 。 曲率 半 徑 再 次 增 大 ， 此 時 氣 泡 表 面 膜 所 能 承 受 的 壓 力 差 必然 減 小 ， 而 測 定 管 中 的 壓 力 差 卻 在 進 一 步 加 大 ， 故 立 即導 致 氣 泡 的 破 裂 。 化 學 國 家

7、 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest University 用 同 一 根 毛 細 管 分 別 測 定 具 有 不 同 表 面 張 力 (1和 2)的 溶 液 時 ， 可 得 到 下 列 關 系 式 ： 式 中 K 稱 為 毛 細 管 常 數(shù) ， 其 值 可 由 已 知 表 面 張 力 的 物 質(zhì)來 確 定 。 本 實 驗 中 測 定 蒸 餾 水 的 目 的 即 在 于 此 。1 m ax12r p 2 m ax22r p m ax11 2 m ax2pp m ax11 2 m ax1m ax2p K pp 化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest

8、 University 容 量 瓶 加 入 正 丁 醇之 前 可 先 加 入 適 量 的 蒸 餾 水 （ 有 什 么作 用 ？ ）1、 溶 液 配 制（ 1） 恒 溫 水 浴 ： 25 或 30 。（ 2） 溶 液 的 配 制 ： 配 制 0.02 molL-1、 0.05 molL-1、 0.10 molL-1、 0.15 molL-1、 0.20 molL-1、 0.25 molL-1、 0.30 molL-1、 0.35 molL-1的 正 丁 醇 水 溶 液 各 100 mL待 用 。實 驗 步 驟 化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest Universi

9、ty2、 毛 細 管 常 數(shù) 的 測 定（ 1） 清洗 毛 細 管和 測 定 管 （ 2） 調(diào) 節(jié) 毛 細管 與 液 面 相 切 并使 溶 液 恒 溫 （ 3） 調(diào) 節(jié)氣 泡 速 度 約為 5-7s一 個（ 4） 校 正 零點 并 讀 取 最 大壓 差實 驗 步 驟 化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest University3、 待 測 樣 品 表 面 張 力 的 測 定 由 稀 到 濃 依 次 測 定 正 丁 醇 水 溶 液 的 表 面 張 力 。每 次 測 量 前 ， 都 需 用待 測 液 充 分 潤 洗 測 定管 和 毛 細 管 化 學 國 家 級 實 驗

10、 教 學 示 范 中 心Northwest University1. 暢 通 大 氣 情 況 下 采 零 ， 每 個 樣 品 測 定 前 都 必 須 采 零 。2. 抽 氣 速 度 不 宜 過 快 ， 平 均 5 s 逸 出 一 個 氣 泡 。3. 勿 讓 液 體 進 入 膠 管 內(nèi) 。四 、 注 意 事 項 化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest University(一 )數(shù) 據(jù) 處 理1. 計 算 正 丁 醇 水 溶 液 準 確 濃 度 。2. 根 據(jù) (V)式 計 算 毛 細 管 常 數(shù) K值 ， 單 位 為 m。3. 計 算 各 溶 液 的 表 面 張

11、力 ， 作 -c曲 線 。4. 在 -c曲 線 上 取 810個 點 ， 分 別 作 切 線 ， 得 各 點 所 對 應 濃度 c i的 斜 率 ， 由 (I)式 求 得 不 同 濃 度 下 的 吸 附 量 值 i。5. 作 c/-c圖 ， 得 一 直 線 ， 斜 率 的 倒 數(shù) 即 為 (molm-2)。五 、 實 驗 總 結(jié) 化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest University6. 由 ( )式 計 算 正 丁 醇 分 子 的 橫 截 面 積 S0值 ， 單 位 換 算 為nm2， 與 文 獻 值 0.2740.289 nm2 比 較 。（ 二 ） 討

12、 論 本 實 驗 關 鍵 在 于 毛 細 管 的 清 潔 、 毛 細 管 口 與 液 面 的相 切 、 抽 氣 速 度 的 恒 定 。 化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest University表 面 張 力 的 其 他 測 定 方 法 ：（ 一 ） 毛 細 管 上 升 法 毛 細 管 插 入 液 體 后 ， 液 體 在 毛 細 管 內(nèi) 將 上 升 一 定高 度 。 平 衡 時 ， 上 升 液 柱 的 重 量 和 液 體 由 于 表 面 張 力的 作 用 而 受 到 向 上 的 拉 力 相 等 ， 由 此 可 計 算 獲 得 表 面張 力 值 。 六 、 實 驗

13、 延 伸 化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest University（ 二 ） 滴 重 法 或 滴 體 積 法 液 體 受 重 力 作 用 從 垂 直 安 放 的 毛 細 管 向 下 滴 落 ，當 液 滴 最 大 時 ， 其 半 徑 等 于 毛 細 管 半 徑 ， 此 時 重 力 與表 面 張 力 相 平 衡 ， 因 而 可 以 從 滴 落 質(zhì) 量 計 算 。 測 定 落 滴 質(zhì) 量 滴 重 法 ， 測 定 落 滴 體 積 滴 體 積 法 。 化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest University（ 三 ） 拉 脫 法 也 叫

14、 拉 環(huán) 法 、 環(huán) 形 法 、 環(huán) 法 。 測 量 一 已 知 周 長 的 金 屬圓 環(huán) （ 或 金 屬 片 ） 從 待 測 液 體 表 面 拉 出 時 的 最 大 拉 力 和 圓環(huán) 的 內(nèi) 外 半 徑 ， 可 求 得 表 面 張 力 。（ 四 ） 液 滴 外 形 法 、 振 動 射 流 法 液 滴 外 形 法 常 用 來 測 定 熔 融 金 屬 以 及 界 面 張 力 低 于10 -4 Nm-1體 系 的 表 面 張 力 。 振 動 射 流 法 主 要 用 于 測 定 新 生 成 表 面 的 表 面 張 力 ，即 動 態(tài) 表 面 張 力 。 化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中

15、心Northwest University參 考 文 獻1. 陳 六 平 ， 鄒 世 春 ， 現(xiàn) 代 化 學 實 驗 與 技 術 ， 北 京 ， 科 學 出版 社 ， 2007年 ， 270頁2. 復 旦 大 學 等 編 ， 莊 繼 華 等 修 訂 ， 物 理 化 學 實 驗 ， 第 三 版 ，北 京 ， 高 等 教 育 出 版 社 ， 2004年 ， 131頁3. 傅 獻 彩 等 ， 物 理 化 學 （ 下 冊 ） ， 第 五 版 ， 北 京 ， 高 等 教育 出 版 社 ， 2006年 ， 313頁 化 學 國 家 級 實 驗 教 學 示 范 中 心Northwest University1. 溫 度 變 化 對 表 面 張 力 有 何 影 響 ？2. 測 定 中 如 果 毛 細 管 末 端 插 入 溶 液 內(nèi) 部 對 有 何影 響 ？ 為 什 么 ？3. 哪 些 因 素 會 影 響 表 面 張 力 的 測 量 結(jié) 果 ？ 如 何 降 低 這 些因 素 的 影 響 ？ m axp七 、 思 考 題