第245章 去哪了

　　1.了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系；

　　2.通过对不同浓度正丁醇水溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能和表面吸附量关系的理解。

　　二、实验原理

　　物体表面分子和内部分子所处的环境不同，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、压力和组成恒定时，可逆地表面增加da所需对体系做的功，叫表面功，可以表示为：

　　δw’=δda

　　式中δ为比例常数。

　　δ在数值上等于当t、p和组成恒定的条件下增加单位表面积所必须对体系做的可逆非膨胀功，也可以说是每增加单位表面积时体系自由能的增加值。环境对体系作的表面功转变为表面层分子比内部分子多余的自由能。因此，δ称为表面自由能，其单位是焦耳每平方米（j/m2）。若把δ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。

　　从另外一方面考虑表面现象，特别是观察气液界面的一些现象，可以觉察到表面上处处存在着一种张力，它力图缩小表面积，此力称为表面张力，其单位是牛顿每米（n/m）。表面张力是液体的重要特性之一，与所处的温度、压力、浓度以及共存的另一相的组成有关。纯液体的表面张力通常是指该液体与饱和了其本身蒸气的空气共存的情况而言。

　　纯液体表面层的组成与内部层相同，因此，液体降低体系表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。对于溶液则由于溶质会影响表面张力，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。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应比溶液内部来得大。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来得低，这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫“吸附”。显然，在指定温度和压力下，吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度有关，gibbs用热力学的方法推导出它们之间的关系式：

　　式中Γ为表面超量（mol/m2）；σ为溶液的表面张力（j/m2）；t为热力学温度；c为溶液浓度（mol/m3）；r为气体常数。

　　当时，Γ＞0称为正吸附；反之当时，Γ＜0称为负吸附。前者表明加入溶质使液体表面张力下降，此类物质称表面活性物质。后者表明加入溶质使液体表面张力升高，此类物质称非表面活性物质。因此，在一定温度下，测定不同浓度溶液的表面张力σ，以σ对c作图，求不同浓度时的值。由gibbs吸附方程求各浓度下的吸附量Γ。

　　测定液体表面张力的方法很多，本次实验采取最大气泡压力法。将待测液体装入表面张力仪中，使玻璃毛细管下端与液面相切，若液面能润湿壁管，则液体沿毛细管上升形成凹液面，其液面所受压力p’为大气压力p0和附加压力Δp。根据拉普拉斯（laplace）方程：

　　式中，r为弯曲液面曲率半径；σ为液体与气体表面张力。因是凹液面，弯曲液面的曲率半径r＜0，Δp＜0（指向大气）。

　　当打开漏斗的活塞，让水缓慢滴入下面密封的加压瓶中时，毛细管内液面上受到毛细管外液面上更大的压力，毛细管内液面开始下降。当此压力差在毛细管上面产生的作用稍大于毛细管口液面的表面张力所能产生的最大作用时，气泡就从毛细管口逸出。气泡逸出前能承受的最大压力差Δpmax，可以用微压差测量仪测出。根据拉普拉斯方程，毛细管内凹液面的曲率半径等于毛细管的半径r时，能承受的压力差最大。则有：

　　其中k为仪器常数，用已知表面张力的液体作为标准可求出k。m.ýáńbkj.ćőm

　　三、仪器与试剂

　　仪器：微压差测量仪，恒温槽，样品管，毛细管，滴液漏斗，锥形瓶，容量瓶

　　试剂：正丁醇（ar）

　　四、实验步骤

　　1.调节恒温槽至设定温度，设定温度为25℃。打开微压差测量仪开关，预热20min。

　　2.利用称量瓶精确称量配制浓度为1.0mol/l的溶液250ml，再分别配制0.02mol/l，0.05mol/l，0.10mol/l，0.15mol/l，0.20mol/l，0.25mol/l，0.30mol/l，0.35mol/l正丁醇溶液各50ml。

　　3.以水为待测液测定仪器常数。样品管中加入适量蒸馏水，将干燥的毛细管垂直插入样品管中，使毛细管的端点刚好与水面相切，将该装置固定到恒温槽内。微压差测量仪置零。将毛细管与加压装置连接。打开滴液漏斗，控制滴液速度，使毛细管逸出气泡，速度约为5s～10s1个。在毛细管口气泡逸出的瞬间读取微压差测量仪上的最大压差值，读三次求取平均值。然后求出仪器常数k。

　　4.用上述方法，将表面张力仪中的水换成正丁醇溶液，测各溶液的Δpmax值。注意测试前需用待测溶液洗净毛细管和表面张力仪样品管。 奇书屋为你提供最快的甜夏更新，第245章 去哪了免费阅读。https://www.yanbkk.com