最大起泡法測分子橫截面積

1、溶液中的吸附作用和表面張力的測定溶液中的吸附作用和表面張力的測定——最大氣泡壓力法最大氣泡壓力法1.1.實驗目的與要求實驗目的與要求：1）通過測定不同濃度(c)正丁醇水溶液的表面張力(σ)，由σc曲線求溶液界面上的吸附量和單個正丁醇分子的橫截面積(S0)。2）了解表面張力的性質(zhì)、表面能的意義以及表面張力和吸附的關系。3.3.實驗原理：實驗原理：1）液體表面都有自動縮小的趨勢。如要把一個分子由內(nèi)部遷移到表面，就需要對抗拉力而作功，故表面分

2、子的能量比內(nèi)部分子大。增加體系的表面，即增加了體系的總能量。體系產(chǎn)生新的表面(△A)所需耗費功(W)的量，其大小應與△A成正比。W=σ△A如果△A=l㎡，則W=σ，即在等溫下形成1㎡新的表面所需的可逆功。故σ稱為單位表面的表面能，其單位為Nm1。這樣就把σ看作為作用在界面上每單位長度邊緣上的力，通常稱為表面張力。它表示表面自動縮小的趨勢的大小。表面張力是液體的重要特性之一，與所處的溫度、壓力、液體的組成共存的另一相的組成等有關。圖121

3、分子間作用力示意圖2）在純液體情形下，表面層的組成與內(nèi)部的組成相同，因此液體降低體系表面自由能的唯一途徑是盡可能縮小其表面積。對于溶液，由于溶質(zhì)會影響表面張力，因此可以調(diào)節(jié)溶質(zhì)在表面層的濃度來降低表面自由能。根據(jù)能量最低原理，溶質(zhì)能降低溶液的表面張力時，表面層中溶質(zhì)的濃度應比溶液內(nèi)部大，反之，溶質(zhì)使溶液的表面張力升高時，它在表面層中的濃度比在內(nèi)部的濃度低。這種表面濃度與溶液里面濃度不同的現(xiàn)象叫“吸附”。顯然，在指定溫度和壓力下，吸附與溶

4、液的表面張力及溶液的濃度有關。Gibbs用熱力學的方法推導出它們間的關系式（12.2）式中，Г—氣液界面上的吸附量(mol㎡)：σ—溶液的表面張力(Nm1)；T—絕對溫度(K)；c—溶液濃度(molm3)：R—氣體常數(shù)(8.314Jmol1K1)。當時，ГO，稱為正吸附。反之，時，ГO，稱為負吸附。前者表明加入溶質(zhì)使液體表面張力下降，此類物質(zhì)叫表面活性物質(zhì)，后者表明加入溶質(zhì)使液體表面張力升高，此類物質(zhì)叫非表面活性物質(zhì)。表面活性物質(zhì)具有顯

5、著的不對稱結(jié)構(gòu)，它是由親水的極性部分和憎水的非極性部分構(gòu)成。對于有機化合物來說，表面活性物質(zhì)的極性部分一般為NH3，OH，SH，COOH，S020H。（12.4）若以cГ～c作圖可得一直線，該直線的斜率為1／Г∞，由直線斜率即可求出Г∞。假設在飽和吸附情況下，正丁醇分子在氣液界面上鋪滿一單分子層，則可應用下式求得正丁醇分子的橫截面積S0。（12.5）式中，為阿佛加德羅常數(shù)。若已知溶質(zhì)的密度隊分子量M，就可計算出吸附層厚度δ：（12.6）

6、3）最大氣泡壓力法測量表面張力的裝置示意圖如12.4。當表面張力儀中的毛細管截面與欲測液面相齊時，液面沿毛細管上升。打開滴液漏斗的活塞，使水緩慢下滴而使體系內(nèi)的壓力(PS)增加，這時毛細管內(nèi)的液面上受到一個比恒溫試管中液面上稍大的壓力，因此毛細管內(nèi)的液面緩緩下降。當此壓力差在毛細管端面上產(chǎn)生的作用力稍大于毛細管口溶液的表面張力時，氣泡就從毛細管口逸出。由于數(shù)字式微壓差測量儀在使用前調(diào)零，因而這一最大壓力差就等于系統(tǒng)壓力，該壓力可由數(shù)字式

7、微壓差測量儀上直接讀出，其關系式為：PA=0，△Pmax=PS，其中PA為大氣壓力，Ps為系統(tǒng)壓力。若毛細管半徑為r，氣泡由毛細管口逸出時，受到向下的總壓力為πr2△Pmax。氣泡在毛細管受到的表面張力引起的作用力為2πrσ，當氣泡自毛細管口逸出時，上述兩力相等。即：πr2△Pmax=2πrσ，σ=r△Pmax2。（12.7）使用同一根毛細管，對具有表面張力為σ1和σ2的液體而言，則有下列關系：σ1=r△P12σ2=r△P22（12.8