溶液表面张力的测定及等温吸附用Origin处理表面张力数据方法.doc
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1、实验十三 溶液表面张力的测定及等温吸附一、实验目的 1. 学习使用最大气泡法测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力。2. 利用吉布斯吸附等温式计算不同浓度的乙醇溶液的吸附量,并绘制-C图。3. 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。二、实验原理从热力学观点来看,液体表面缩小是一个自发过程,它使得体系总的自由能减小。如欲使液体产生新的表面S,就需要反抗表面分子的向内力、对其作功,其大小应与S成正比:Wr = S(1)式中 为S=1(也就是增加单位表面积)时,体系所需的可逆功,因此 称为单位表面的表面能,单位是J/m2,也可将 看作为作用在界面上每个单位长度边缘上的力,通常又称为
2、表面张力,其单位为N/m。对纯溶剂而言,表面层与内部的组成是相同的,但对溶液来说却不然。当加入溶质后,溶剂的表面张力会发生变化。根据能量最低原则,溶质能降低溶剂的表面张力时,表面层中溶质的浓度比溶液内部的大,反之,溶质使溶剂的表面张力升高时,它在表面层中的浓度比在内部的浓度低。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。显然,在指定的温度和压力下,溶液表面吸附溶质的量与溶液的表面张力和加入溶质的量(即溶液的浓度)有关,从热力学方法可知它们间的关系遵守吉布斯吸附方程:(2)式中:吸附量(mol/m2); 为表面张力(N/m);T为绝对温度;c为溶液浓度(mol/m3);R为气体常数,
3、R=8.314Jmol1K1。当时,0,此时溶液表面层的浓度大于溶液本体的浓度,称为正吸附;当时,正好相反, r由此可见,我们能够准确测得的是Rr时的最大附加压力 max,因为其对应的 最可以从压力计上读出来。每个毛细管的半径r是一个定值,尽管不知道,但是可以通过测一个已知表面张力的纯溶剂间接得到-通常我们只需要知道该毛细管的仪器常数K就行了, K=水/h水(8);i=Khi(9);三、仪器和试剂仪器:超级恒温水浴一套;毛细管及装液支管一副;U形压力计或数显微压差一个;300ml烧杯2只(本实验室是按图133(a)装备的,为减压测定方法)。 试剂:八种乙醇水溶液-已事先配好,配法是:分别取无水
4、乙醇25 ml、50ml、100ml、150ml、200ml、250ml、300ml、350ml加纯净水稀释至1L.,其浓度由学生代公式计算。计算公式为:(乙醇的单位以g/cm3,V乙醇直接以25、50、100、等数字代入),也可使用阿贝折光仪测出折射率,再查表,间接得出浓度。 四、实验步骤1. 装备仪器并对毛细管预处理:将超级恒温水浴目标温度设定为15 0.05或25 0.05或30 0.05,具体设定为多少,看当时实验室的气温是多少-冷天定低些、热天定高些。为了使毛细管对液体有很好的润湿性,毛细管要洗得特别干净。常用温热的洗液浸泡510分钟,然后倾出洗液,分别用自来水、蒸馏水洗涤数次。2.
5、 仪器常数的测定:在测样试管中装入适量的蒸馏水(注意水要洁净,杂质对影响很大),调节装水量,使在装好毛细管后,毛细管的尖端刚好与液面接触(毛细管内会上升一小段水柱)。将测定试管与三通活塞接好,然后将整个试管置于恒温水浴中恒温5分钟。先旋转三通活塞(或水平抽出三通活塞一小截),使体系与大气相通,则U型管压力计两侧液柱高度相同。如果是使用数显微压差仪,选H2O柱键在体系与大气相通的时候,按下采零键,读数应显示。旋转三通活塞180度(或推紧三通活塞),使体系封闭,轻轻拧开减压瓶的出水活塞,由于水的流出,体系压力下降,最终导致毛细管口有气泡产生,仔细调节出水量,使气泡形成的频率稳定在每分钟8个左右,记
6、录U型压力计两端所达到的最大液面差。重复读取三次数据,取其平均值为 。如果是使用数显微压差仪,就读取最大的显示值(显示的是负值)的绝对值三次,取其平均值。3. 乙醇水溶液表面张力的测定:将测样试管用与待测溶液浓度相同的回收液洗两次(每次少量且要握紧上下起落式冲洗),然后按浓度由低到高的顺序依次测定,记录各h值(各读三次数据,然后取平均值),操作方法同上。 注意:每测完一种样品,要将试管中的测量溶液倒入相应浓度的回收瓶中,供下一轮实验做清洗试管用。全部样品做完后,将毛细管和测样套管用自来水和蒸馏水彻底洗净。由于测定的次数较多,请大家细心操作,切勿将毛细管、测样试管、减压瓶以及各联接的玻璃损坏。若
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