胶体化学实验讲义全

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1、....（2017版）北京林业大学化学教研室编制胶体化学实验讲义参考....实验一最大泡压法测溶液的表面张力一、实验目的1、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算吸附量；2、了解气液界面的吸附作用，计算表面层被吸附分子的截面积；3、掌握最大泡压法测定溶液表面张力的原理和技术。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，这是使体系总自由能减小的过程，欲使液体产生新的表面ΔA，就需对其做功，其大小应与ΔA成正比:（7.1）如果ΔA为1m2，则是在恒温恒压下形成1m2新表面所需的可逆功，所以σ称为比表面吉布斯自由能，其单位为J·m-2。也

2、可将σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为表面张力，其单位是N·m-1。在恒温下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时，表面张力发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。根据能量最低原理，溶质能使溶剂的表面张力降低时，表面层中溶质的浓度比溶液内部大；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，这种表面浓度与内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度之间的关系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程:（7.2）式中，Г为溶质在表层的吸附量;σ为表面

3、张力;c为吸附达到平衡时溶质在介质中的浓度。当时，Г>0称为正吸附；当时，Г<0称为负吸附。吉布斯吸附等温式应用范围很广，但上述形式仅适用于稀溶液。为了获得表面吸附量Γ，可先测定不同浓度溶液的表面张力，作σ～c曲线图，如图7-1所示。在曲线上任选一点作切线，则可得该点对应浓度的斜率，再由式（7.2）可求得此浓度下溶液的表面吸附量Γ，再作Γ～c图，如图7-2所示，外推可在纵轴上得到溶液表面的饱和吸附量，则每个溶质分子在溶液表面所占据的截面积为（7.3）参考....式(7.3)中L为阿伏加德罗常数。图7-1表面张力对浓度图图7-2表面吸附量对浓度图测

4、定溶液的表面张力有多种方法，较为常用的有最大泡压法、毛细管升高法、滴重法和圆环法等。本实验用最大泡压法测定正丁醇水溶液的表面张力。最大泡压法的仪器装置如下图所示:图7-3最大泡压法测定溶液表面张力实验装置1-样品管2-毛细管3-微压差计4-滴液漏斗由与液面相切的毛细管4鼓出空气泡时，需要高出外部大气压的附加压力以克服气泡的表面张力，此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为参考....（7.4）式中Δp为附加压力，σ为表面张力，r是气泡曲率半径。如果毛细管半径R'很小，则形成的气泡基本上是球形的，当气泡开始形成时，表面几乎是平

5、的，这时曲率半径最大，随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，此时曲率半径r与毛细管半径R'相等，曲率半径达到最小值，由式(7.4)知，此时附加压力达最大。当气泡进一步增大时，曲率半径逐渐变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。则由式(7.4)知，当r＝R'时最大附加压力为（7.5）实际测量时，使毛细管顶端刚与液面接触，则可忽略鼓泡所需克服的静压力，这样恰好等于微压差计的最大读数，就可直接用式(7.5)进行计算。由于直接测量毛细管的半径很不方便，所以实验时用一已知表面张力为的液体测定其最大泡压，则待测液体的表面张力（7.6）一、仪器药品数字

6、式微压差测量仪1台液体表面张力测定装置1套毛细管1支20ml移液管1支10ml移液管1支2ml刻度移液管1支250ml容量瓶1个50ml容量瓶9个150ml烧杯3个正丁醇(分析纯)、吸耳球等。二、实验步骤1．打开微压差计并与大气相通校零（如何与大气相通？）。2．测定纯水的最大泡压（25℃时水的表面张力为71.9mN/m)。参考....用去离子水洗净毛细管和样品管，用洗耳球吹干毛细管中残留的液体。在样品管中装适量的去离子水，按图装好，使毛细管的顶端尽量与液面接触。缓缓打开滴液漏斗的活塞，使滴液漏斗中的水慢慢滴下，控制滴液速率使毛细管端口鼓出的气泡为

7、单个气泡，且每个气泡形成的时间为10s～20s(数显微压差测量仪为5s～10s)。若形成时间太短，则吸附平衡就来不及在气泡表面建立起来，测得的表面张力也不能反映该浓度之真正的表面张力值。当气泡刚脱离管端瞬间，可从微压差计上读取到最大值，读取三次。从样品管下端活塞中放出一滴水，等待吸附平衡后重新读取三次值。重复该步骤直至毛细管顶端脱离液面为止。取脱离液面前一次的三个值求平均。3．配制0.5mol/l的正丁醇溶液250ml。按正丁醇的摩尔质量（74.12g/mol）和密度(0.81g/ml)计算需用正丁醇的体积。先在250ml容量瓶中装好三分之二的蒸

8、馏水，然后用10ml和2ml刻度移液管吸取所需正丁醇体积放入容量瓶中，加水至刻度混匀后作为母液在50ml容量瓶中配制0.02、0.04、