1、从热力学方法可知它们之间的关系遵守Gibbs吸附方程: (11.2)式中: 表面吸附量(molm-2 ) 溶液表面张力(Nm-1)T 热力学温度(K) c 溶液浓度(molm-3 ) R 气体常数(8.3145J.K-1.mol-1)。以表面张力对溶液浓度c作图,可得到c曲线,在c曲线上任选一点I作切线,即可得该点所对应浓度ci的斜率(d/dci)T ,可求得不同浓度下的值和得出c的关系图。在一定的温度下,吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir等温式表示:(11.3) 表面饱和吸附量(mol K 经验常数(与溶质的表面活性大小有关)将(11.3)式转化成直线方程为:(11.4)若以c/c
2、作图可得一直线,由直线斜率可求出。假若在饱和吸附的情况下,在气液界面上铺满一单分子层,则可应用下式求得被测物质的分子横截面积S0:(11.5)式中 为阿佛加德罗常数(6.0221023mol-1)。11.2.3 最大泡压法 将被测液体装于测定管中,使玻璃管下端毛细管端面与液面相切,液面沿毛细管上升。打开分液漏斗的活塞,使水缓慢下滴而减少系统压力。这样毛细管内液面受到一比试管中液面上大的压力,当此压力差在毛细管端面上产生的作用力大于毛细管口液体的表面张力时,气泡就从毛细管口逸出,这一最大压力差可由数字式微压差测量仪读出。其关系式为:pmax= p大气- p系统=p (11.6)如果毛细管半径为r
3、,气泡由毛细管口逸出时受到向下的总压力为r2pmax。气泡在毛细管受到的表面张力引起的作用力为2r。刚发生气泡自毛细管逸出时,上述两力相等,即:r2pmax=r2p =2r (11.7)=rp /2 (11.8)若用同一根毛细管,对两种具有表面张力为1和2的液体而言,则有下列关系:1=2p1/p2=Kp1 (11.9) 式中K为仪器常数。11.3实验仪器和试剂恒温装置 1套带有支管的试管(附木塞) 1支毛细管(半径为0.150.02mm) 1根容量瓶(50mL) 8只数字式微压差测量仪 1台烧杯(200mL) 1只 洗耳球 1个移液管 1支滴管 1支正丁醇(分析纯) 10.4实验步骤11.4.
4、1 将仪器洗涤干净并按图-11-1装置。对需干燥的仪器作干燥处理。11.4.2 调节恒温为30。11.4.3正丁醇溶液配制:分别准确配制0.02、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35mol.dm-3正丁醇溶液各100mL。(注:纯正丁醇的加入量分别为:0.1482、0.3706、0.7412、1.1118、1.4812、1.8530、2.2236、2.5942g,加水至近100mL,在30恒温15min,用30恒温的蒸馏水加至100.00mL刻度)。11.4.4仪器常数测定:先以蒸馏水作为待测液测定其仪器常数。方法是在测定管中注入蒸馏水,将干燥的毛细管垂直地插到
5、使毛细管的端点刚好与水面相切,置于恒温水浴内恒温10min。注意使毛细管保持垂直并注意液面位置,然后按图-11-1接好系统。打开滴液漏斗,控制滴液速度,使毛细管逸出的气泡速度约为5s10s1个。在毛细管口气泡逸出的瞬间最大压差约在700Pa800Pa左右(否则需调换毛细管)。通过手册查出实验温度时水的表面张力,利用公式(11.9),求出仪器常数K。11.4.5待测样品表面张力的测定,用待测溶液洗净试管和毛细管,加入适量样品于试管中,按照仪器常数测定的方法,测定已知浓度的待测样品的压力差p ,代入公式(11.9)计算其表面张力。11.5实验注意事项11.5.1测定用的毛细管一定要洗干净,否则气泡
6、可能不能连续稳定地流过,而使压差计读数不稳定,如发生此种现象,毛细管应重洗。11.5.2毛细管一定要保持垂直,管口刚好与液面相切。11.5.3气泡形成速度应稳定;在数字式微压差测量仪上,应读出气泡单个逸出时的最大压力差。11.6数据记录及处理(一)实验数据11.6.1正丁醇溶液的配制表1. 正丁醇溶液的配制室温 25.00 ;实验温度 30.00 ;大气压 96.18 kPa100ml容量瓶1#2#3#4#5#6#7#8#V正丁醇/ml0.20000.50001.0001.5002.0002.5003.0003.500c正丁醇=正丁醇V正丁醇/M正丁醇/(10010-3) /moldm-3,M
7、正丁醇= 74.12g mol-1, 正丁醇=0.8098gdm-3c正丁醇/moldm-30.021850.054630.10930.16390.21850.27310.32780.382411.6.2仪器常数的测定表2. 仪器常数的测定待测物质pH2O /Pa/Nm-1仪器常数Km-1Pa-1123平均值H2O693692 6927.11810-29.452910-5计算公式:K=H2O/pH2O (NPa-1)11.6.3正丁醇溶液表面张力的测定表3. 正丁醇溶液表面张力的测定正丁醇浓度/molm-3p/Pa21.856846826830.0645654.636496500.061351
8、09.35725745730.05416163.95215220.04925218.54814804820.04547273.14460.04216327.84194200.03970382.44034020.0380011.6.4作c图,求出曲线上不同浓度c点处的(/c)T,p,并计算相应浓度的。 图1. c关系曲线图曲线拟合方程:= 0.06769-1.3621210-4c+1.5420110-7c2(Nm-1)(/c)T,p=-1.3621210-4+21.5420110-7c(Nm2mol-1)= -c/8.3145/303.15d/dc(molm-2)表3. 正丁醇溶液表面张力的计算
9、-(/c)T,pm2mol-1/ molm-2c/m-150.000.0612612.12.4010-62.09107100.00.0556110.54.182.39150.00.050739.005.352.80200.00.046627.455.913.38250.00.043275.864.26300.00.040704.375.205.77图2. c/c关系直线图直线斜率k=1/=1.729105m2mol-1,=5.78410-6 m-211.6.5求乙醇分子的横截面积S0。S0=1/L=1.729105/(6.0221023)=0.28710-18m2=0.287 nm2(二)实验数据11.5.1乙醇溶液的配制表1. 乙醇溶液的配制容量瓶编号m乙醇/g4.28878.914811.18418.02624.39630.18534.96544.389c乙醇=m乙醇/M乙醇/(100dm-3,M乙醇= 46.08g.c乙醇/mol0.93091.93512.42763.91275.29546.55207.58959.635111.5.2仪器常数的测定10386.857
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