最大起泡法測(cè)分子橫截面積

1、溶液中的吸附作用和表面張力的測(cè)定溶液中的吸附作用和表面張力的測(cè)定——最大氣泡壓力法最大氣泡壓力法1.1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c要求：1）通過測(cè)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(gè)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(guān)系。3.3.實(shí)驗(yàn)原理：實(shí)驗(yàn)原理：1）液體表面都有自動(dòng)縮小的趨勢(shì)。如要把一個(gè)分子由內(nèi)部遷移到表面，就需要對(duì)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(fèi)功(W)的量，其大小應(yīng)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(zhǎng)度邊緣上的力，通常稱為表面張力。它表示表面自動(dòng)縮小的趨勢(shì)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(guān)。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(duì)于溶液，由于溶質(zhì)會(huì)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(shí)，表面層中溶質(zhì)的濃度應(yīng)比溶液內(nèi)部大，反之，溶質(zhì)使溶液的表面張力升高時(shí)，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(guān)。Gibbs用熱力學(xué)的方法推導(dǎo)出它們間的關(guān)系式（12.2）式中，Г—?dú)庖航缑嫔系奈搅?mol㎡)：σ—溶液的表面張力(Nm1)；T—絕對(duì)溫度(K)；c—溶液濃度(molm3)：R—?dú)怏w常數(shù)(8.314Jmol1K1)。當(dāng)時(shí)，ГO，稱為正吸附。反之，時(shí)，ГO，稱為負(fù)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(duì)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(duì)于有機(jī)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(shè)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(yīng)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(duì)分子量M，就可計(jì)算出吸附層厚度δ：（12.6）

6、3）最大氣泡壓力法測(cè)量表面張力的裝置示意圖如12.4。當(dāng)表面張力儀中的毛細(xì)管截面與欲測(cè)液面相齊時(shí)，液面沿毛細(xì)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(shí)毛細(xì)管內(nèi)的液面上受到一個(gè)比恒溫試管中液面上稍大的壓力，因此毛細(xì)管內(nèi)的液面緩緩下降。當(dāng)此壓力差在毛細(xì)管端面上產(chǎn)生的作用力稍大于毛細(xì)管口溶液的表面張力時(shí)，氣泡就從毛細(xì)管口逸出。由于數(shù)字式微壓差測(cè)量?jī)x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(cè)量?jī)x上直接讀出，其關(guān)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(xì)管半徑為r，氣泡由毛細(xì)管口逸出時(shí)，受到向下的總壓力為πr2△Pmax。氣泡在毛細(xì)管受到的表面張力引起的作用力為2πrσ，當(dāng)氣泡自毛細(xì)管口逸出時(shí)，上述兩力相等。即：πr2△Pmax=2πrσ，σ=r△Pmax2。（12.7）使用同一根毛細(xì)管，對(duì)具有表面張力為σ1和σ2的液體而言，則有下列關(guān)系：σ1=r△P12σ2=r△P22（12.8