文档介绍：溶液表面张力的测定——最大气泡压力法
一、实验目的
1. 用最大气泡法测定不同浓度乙醇溶液的表面张力。
、表面自由能的意义,以及表面张力和吸附的关系。
。
实验原理
[乙醇,水]溶液的数据对[σ,c],作图将c-σ曲线在不同浓度的斜率∂σ∂cT代入吉布斯等温吸附式:
Γ=-cRT∂σ∂cT
求出相应的吉布斯吸附量Γc;
按Langmuir等温吸附变形公式:
cΓ=1αΓ∞+cΓ∞
以c/Γ—c直线斜率tanβ求出饱和吸附量Γ∞,进而得出乙醇分子横截面积S和分子长度δ,结合直线截距得出吸附系数α:
Γ∞=tanβ-1
以上各式中,c为浓度;T为绝对温度(K);σ为表面张力(N/m),Γ为吉布斯吸附量(mol/m2);M为溶质摩尔质量;ρ为溶质密度(kg/m3);S为分子截面积(m2/分子);δ为分子长(m);α为吸附(平衡)常数;NA为阿氏常数(×1023mol-1);R为气体常数(·K)。
为了求以上参数,关键是测σ。
,矢量。源于凝聚相界面分子受力不平衡,意为相界面的单位长度收缩力。Σ也是在各对应条件下凝聚系表面相的热力学强度性质,如恒温、恒压下扩大单位表面积所需的可逆功,故亦称比表面自由焓,SI单位[J/m2]。
σ与凝聚相和表面共存接触相种类有关(如无说明,通常指定被凝聚相饱和了的空气为共存接触相),还与T,p有关,与凝聚相纯度和杂志种类有关。浓度升高,溶液的σ有增有减,随溶质、溶剂而异,表面活性剂分子是两亲分子,它们的水溶液σ随浓度的升高先剧降,后微升,再渐趋恒定。σ随c而变的本质是溶液表面相浓度对体相浓度的偏离,此现象称为表面吸附。表面吸附量Γ与浓度有关,用吉布斯等温吸附式(1)求出,∂σ∂cT为σ—c曲线在指定浓度的斜率。∂σ∂cT<0,Γ>0为正吸附,表面浓度较体浓度为高,达饱和吸附时,Γ趋于饱和吸附量Γ∞,此时两亲分子在溶液表面处于高度有序的竖立密集,形成单分子膜。
若将兰格缪尔等温吸附式中的吸附量赋予吉布斯吸附量的特定意义,则可以从变形式求出Γ∞,设分子吸附层厚δ,δ即两亲分子长。依δρ=Γ∞∙M,由此得出求分子δ的式子(2)。
、环法、滴重法、毛细管上升法等,其中最大气泡法设备简单,易操作,应用广。此法是将下口齐平的毛细管垂直插入试液,并使管口刚与液面相切,则可看到在毛细管内形成凹液面。凹液面受力一是大气压P0,一是附加压力∆P=P'-P0=2σr,r是凹液面半径,因r<0,故∆P<0,表示∆P指向背液面,即低于平液面所受外压,因此凹液面受到的总压是P1=P0+∆P=P0+2σr。
现对管外减压,随管外压力P2=P0+gρ∆h减小(负压,∆h取负;g重力加速度;ρ压力计内液柱密度),|∆h|增大,|r|减小,P1随P2同步减小,故P2=P1,得:
σ=rgρ∆h2
由于减压,凹液面不断下降,r为不定值,但当凹液面上形成的小气泡降至毛细管下口,并随气流离开的瞬间,|r|降至极小,刚等于毛细管下口内径,此时|∆h|升至最大。若再微微减压,气泡逸出,∆h剧降,r为定值,所以只要测出最大的|∆h|,即可用上式求出σ(式中的r、∆h皆可取正)。由于r一定