胶体化学实验讲义

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1、-.〔2021版〕林业大学化学教研室编制胶体化学实验讲义-.word.zl.-.实验一最大泡压法测溶液的外表力一、实验目的1、测定不同浓度正丁醇溶液的外表力，计算吸附量；2、了解气液界面的吸附作用，计算外表层被吸附分子的截面积；3、掌握最大泡压法测定溶液外表力的原理和技术。二、实验原理从热力学观点来看，液体外表缩小是一个自发过程，这是使体系总自由能减小的过程，欲使液体产生新的外表ΔA，就需对其做功，其大小应与ΔA成正比:〔7.1〕如果ΔA为1m2，那么是在恒温恒压下形成1m2新外表所需的可逆功，所以σ称为比外表吉布斯自由能，其单位为J·m-2。也可将σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，

2、称为外表力，其单位是N·m-1。在恒温下纯液体的外表力为定值，当参加溶质形成溶液时，外表力发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和参加量的多少。根据能量最低原理，溶质能使溶剂的外表力降低时，外表层中溶质的浓度比溶液部大；反之，溶质使溶剂的外表力升高时，它在外表层中的浓度比在部的浓度低，这种外表浓度与部浓度不同的现象叫做溶液的外表吸附。在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的外表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为外表力;c为吸附到达平衡时溶质在介质中的浓度。当时，Г>0称为正吸附；当时，Г-.word.zl.-.<0称为负吸

3、附。吉布斯吸附等温式应用围很广，但上述形式仅适用于稀溶液。为了获得外表吸附量Γ，可先测定不同浓度溶液的外表力，作σ～c曲线图，如图7-1所示。在曲线上任选一点作切线，那么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外表吸附量Γ，再作Γ～c图，如图7-2所示，外推可在纵轴上得到溶液外表的饱和吸附量，那么每个溶质分子在溶液外表所占据的截面积为〔7.3〕式(7.3)中L为阿伏加德罗常数。图7-1外表力对浓度图图7-2外表吸附量对浓度图测定溶液的外表力有多种方法，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外表力。最大泡压法的仪器装置如

4、以下图所示:-.word.zl.-.图7-3最大泡压法测定溶液外表力实验装置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制气泡的外表力，此附加压力与外表力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为〔7.4〕式中Δp为附加压力，σ为外表力，r是气泡曲率半径。如果毛细管半径R'很小，那么形成的气泡根本上是球形的，当气泡开场形成时，外表几乎是平的，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，曲率半径到达最小值，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

5、半径逐渐变大，附加压力那么变小，直到气泡逸出。那么由式(7.4)知，当r＝R'时最大附加压力为〔7.5〕-.word.zl.-.实际测量时，使毛细管顶端刚与液面接触，那么可忽略鼓泡所需克制的静压力，这样恰好等于微压差计的最大读数，就可直接用式(7.5)进展计算。由于直接测量毛细管的半径很不方便，所以实验时用一外表力为的液体测定其最大泡压，那么待测液体的外表力〔7.6〕一、仪器药品数字式微压差测量仪1台液体外表力测定装置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．翻开微

6、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℃时水的外表力为71.9mN/m)。-.word.zl.-.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。缓缓翻开滴液漏斗的活塞，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)。假设形成时间太短，那么吸附平衡就来不及在气泡外表建立起来，测得的外表力也不能反映该浓度之真正的外表力值。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

7、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