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【求助】如何測AEO9溶液的表面張力
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配制一系列濃度的AEO9的溶液后怎樣在25度下測其表面張力，最重要的是怎樣用其濃度的對數(shù)對其張力作圖？？要求對數(shù)等間距 [ Last edited by chemredox on 2008-5-2 at 22:26 ] |
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zhjf
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2樓2008-05-02 20:50:48
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★★★ 三星級,支持鼓勵(lì)
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最大氣泡法測表面張力【注意事項(xiàng)】（如果注意事項(xiàng)都不滿足當(dāng)然會(huì)有偏差） 儀器系統(tǒng)不能漏氣. 所用毛細(xì)管必須干凈,干燥,應(yīng)保持垂直,其管口剛好與液面相切. 讀取壓力計(jì)的壓差時(shí),應(yīng)取氣泡單個(gè)逸出時(shí)的最大壓力差. 造成的原因可能有毛細(xì)管沒有與液面相切,放置時(shí)沒有垂直液面,導(dǎo)致形成的氣泡壓力不穩(wěn)定無法穩(wěn)定測量.另外實(shí)驗(yàn)測試的數(shù)據(jù)只有一組,偶然性質(zhì)太大,沒有更多的數(shù)據(jù)來進(jìn)行對比還有溫度的影響，正常的數(shù)據(jù)統(tǒng)一使用20攝氏度下的物質(zhì)各項(xiàng)數(shù)值 |
4樓2008-05-04 07:46:46
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yeyongsheng(金幣+1,VIP+0):謝謝應(yīng)助，歡迎常來精化版
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表面張力的測定——最大氣泡法 一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1． 掌握最大氣泡法測定表面張力的原理和技術(shù)。 2． 通過對不同濃度正丁醇溶液表面張力的測定，加深對表面張力、表面自由能和表面吸附量關(guān)系的理解。 3． 學(xué)習(xí)用Matlab處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。 4． 使用《管理系統(tǒng)》完成實(shí)驗(yàn)。 二、 實(shí)驗(yàn)原理 圖20-1 分子間作用力示意圖 在液體的內(nèi)部任何分子周圍的吸引力是平衡的。可是在液體表面層的分子卻不相同。因?yàn)楸砻鎸拥姆肿樱环矫媸艿揭后w內(nèi)層的鄰近分子的吸引，另一方面受到液面外部氣體分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。因此在液體表面層中，每個(gè)分子都受到垂直于液面并指向液體內(nèi)部的不平衡力（如圖20－l所示）。這種吸引力使表面上的分子向內(nèi)擠促成液體的最小面積。要使液體的表面積增大就必須要反抗分子的內(nèi)向力而作功增加分子的位能。所以說分子在表面層比在液體內(nèi)部有較大的位能，這位能就是表面自由能。通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的變化值ΔG稱為單位表面的表面能其單位為J．m-3。而把液體限制其表面及力圖使它收縮的單位直線長度上所作用的力，稱為表面張力，其單位是Nm-1。液體單位表面的表面能和它的表面張力在數(shù)值上是相等的。 欲使液體表面積增加△S時(shí)，所消耗的可逆功A為： -A =△G =σ△S 液體的表面張力與溫度有關(guān)，溫度愈高，表面張力愈小。到達(dá)臨界溫度時(shí)，液體與氣體不分，表面張力趨近于零。液體的表面張力也與液體的純度有關(guān)。在純凈的液體（溶劑）中如果摻進(jìn)雜質(zhì)（溶質(zhì)），表面張力就要發(fā)生變化，其變化的大小決定于溶質(zhì)的本性和加入量的多少。 當(dāng)加入溶質(zhì)后，溶劑的表面張力要發(fā)生變化。把溶質(zhì)在表面層中與本體溶液中濃度不同的現(xiàn)象稱為溶液的表面吸附。使表面張力降低的物質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)。用吉布斯公式(Gibbs)表示： 圖20-2 最大氣泡法表面張力測定裝置 式中： 為表面吸附量(mol.m-2)，σ為表面張力（J.m-2）。 表示在一定溫度下表面張力隨濃度的改變率。即： <0，Г>0，溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力，溶液表面層的濃度大于內(nèi)部的濃度，稱為正吸附作用。 >0，Г<0，溶質(zhì)能增加溶劑的表面張力，溶液表面層的濃度小于內(nèi)部的濃度，稱為負(fù)吸附作用。 由此，測定溶液的濃度和表面張力，可以求得不同濃度下溶液的表面吸附量。 如圖20-2是最大氣泡法測定表面張力的裝置示意。待測液體置于支管試管中，使毛細(xì)管端面與液面相切，液面隨毛細(xì)管上升。打開滴液漏斗緩慢抽氣。此時(shí)，由于毛細(xì)管液面所受壓力大于支管試管液面所受壓力，毛細(xì)管液面不斷下降，將從毛細(xì)管緩慢析出氣泡。在氣泡形成的過程中，由于表面張力的作用，凹液面產(chǎn)生一個(gè)指向液面外的附加壓力△P，因此有以下關(guān)系： P大氣 = P系統(tǒng) +△P 附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑R成反比。 圖20-3 氣泡形成過程 若毛細(xì)管管徑較小，則形成的氣泡可視為球形。氣泡剛形成時(shí)，由于表面幾乎是平的，所以曲率半徑R極大；當(dāng)氣泡形成半球形時(shí)，曲率半徑R等于毛細(xì)管半徑r，此時(shí)R值最小。隨著氣泡的進(jìn)一步增大，R又趨增大，直至逸出液面。R=r時(shí)，附加壓力最大： 最大附加壓力由數(shù)字微壓差計(jì)或U型管壓差計(jì)讀出。 用數(shù)字微壓差可以直接讀出壓差的值（Pa），體系的導(dǎo)氣管接數(shù)字微壓差計(jì)的負(fù)壓口（L），正壓口（H）與大氣相通。若用U型管壓差計(jì)，壓差則以△hm表示。下式中，ρ為工作介質(zhì)密度，g為重力加速度，則： △Pm =△hmρg σ= r△hmρg 在實(shí)驗(yàn)中，使用同一支毛細(xì)管和壓差計(jì)， rρg為常數(shù)（儀器常數(shù)），用K表示，即： σ=K△hm。 用已知表面張力的液體作為標(biāo)準(zhǔn)，可以測得儀器常數(shù)K，也可以測定其它求知液體的表面張力。 吸附量與濃度之間的關(guān)系可以用Langmuir等溫吸附方程式表示： (20-4) �！逓轱柡臀搅�,k為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。將上式整理得： (20-5) 以c/Г∞對c 作圖可得到一條直線，其斜率的倒數(shù)為Г∞。 如果以N代表1平方米表面層的分子數(shù)，則 (20-6) 式中NA為Avogadro常數(shù)，則每個(gè)分子的截面積A∞為: 三、儀器和試劑 恒溫槽裝置； 數(shù)字微壓差計(jì)（或U型管壓差計(jì)） 滴液漏斗（250rnL）l個(gè)； 支管試管（φ25×20cm） 毛細(xì)管（0.2～0.3mm）1支； 燒杯（250mL） T形管1個(gè)； 重蒸餾水 正丁醇（AR）； 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．儀器常數(shù)的測定： （1）仔細(xì)洗凈支管試管與毛細(xì)管，連接裝置。 （2）加入適量的重蒸餾水于支管試管中，毛細(xì)管端面與液面相切。恒溫（200C）20分鐘。 （3）打開滴液漏斗緩慢抽氣，使氣泡從毛細(xì)管緩慢逸出，調(diào)節(jié)逸出氣泡每分鐘20個(gè)左右。讀出壓差計(jì)最大高度差，讀3次，取平均值。 2．待測樣品表面張力的測定：配制從0.02~0.80mol.L-1系列（0.025, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.40,0.60,0.80）的正丁醇溶液。（正丁醇ρ=0.8109）可先配制0.80mol/L的溶液，其它的濃度用稀釋的辦法配制。 3．用待遇測溶液洗凈支管試管和毛細(xì)管后，方法同1，裝入待測樣品，測定氣泡緩慢逸出時(shí)的最大壓差。 五、數(shù)據(jù)記錄與處理 由于需要在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的曲線圖上作切線，求斜率，手工作圖將會(huì)有很大的隨意性并帶來誤差，因此應(yīng)該用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)。用MATLAB處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法見II部分第一章第6節(jié)有關(guān)內(nèi)容。 以下是手工處理數(shù)據(jù)的步驟： 1．計(jì)算儀器常數(shù)并計(jì)算溶液的表面張力。 2．以濃度C為橫坐標(biāo)，以σ為縱坐標(biāo)作圖，橫坐標(biāo)從0開始，連成光滑曲線。 3．在曲線上取若干（0.03, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.30, 0.40，0.60 ）點(diǎn)，求其斜率。 m = 結(jié)果正確的關(guān)鍵在于曲線光滑和切線的確定。如是手工處理，畫切線可采用鏡面反射法（圖20-4）。 4．根據(jù)吉布斯方程求吸附量。 圖20-4 作圖求 示意 5．表列出c、Г、 、c/Г的對應(yīng)數(shù)據(jù)。 6.以c/Г對c作圖，從直線的斜率求出Г∞， 并計(jì)算出正丁醇分子的截面積A∞。 六、注意事項(xiàng) 1．測定時(shí)毛細(xì)管及支管試管應(yīng)洗滌干凈，否則氣泡不能連續(xù)形成，而影響最大壓差的測量。 2．測定時(shí)毛細(xì)管端剛好和溶液面相切。 3．U形壓力計(jì)應(yīng)選用酒精或水壓計(jì)。 4．控制好滴液漏斗的放液速度，以利于讀數(shù)的準(zhǔn)確性。 5．?dāng)?shù)字微壓差儀的測壓接口在儀器后的面板上。使用時(shí)，先將儀器按要求連接在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上（注意實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不能漏氣），再打開電源預(yù)熱10min，即可進(jìn)行測量。儀器上顯示的數(shù)字即為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與大氣壓之間的壓差值。 七、思考題 1．表面張力為什么必須在恒溫槽中進(jìn)行測定，溫度變化對表面張力有何影響，為什么， 2．實(shí)驗(yàn)如用U型管壓差計(jì)，工作液應(yīng)選什么為宜？ 3．用最大氣泡法測量表面張力時(shí)為什么要讀最大壓差？ 4．滴液漏斗的放液速度對本實(shí)驗(yàn)有何影響？ 八、使用《管理系統(tǒng)》 本實(shí)驗(yàn)中壓差測量采用微壓差計(jì)，通過串口與計(jì)算機(jī)通訊。 1、壓差測量（圖20-5） 首先進(jìn)行儀器常數(shù)測定。準(zhǔn)備好實(shí)驗(yàn)，精密壓差儀置0，開始減壓后，點(diǎn)擊序號(hào)“1”，系統(tǒng)開始記錄。記錄3分鐘完成。再進(jìn)行第2、3次測定，最后求“平均”、“保存數(shù)據(jù)”。 如果實(shí)驗(yàn)失敗，選擇“放棄”。 圖20-6 儀器常數(shù)與表面張力確定 圖20-5 壓差測量 未知試樣測定與儀器常數(shù)測定類似。 2、數(shù)據(jù)處理 （1）儀器常數(shù)與表面張力確定（圖20-6） 確認(rèn)實(shí)驗(yàn)人，“調(diào)入數(shù)據(jù)”。 確認(rèn)有關(guān)儀器常數(shù)數(shù)據(jù)，計(jì)算出儀器常數(shù)。提供計(jì)算表達(dá)式后，“計(jì)算”出未知試樣的表面張力，“保存/退出”。 （2）擬合函數(shù)選擇 本實(shí)驗(yàn)需要從表面張力與濃度的關(guān)系得出表面吸附量與濃度的關(guān)系，系統(tǒng)采用多項(xiàng)式擬合出適當(dāng)?shù)暮瘮?shù)關(guān)系，然后計(jì)算指定濃度的導(dǎo)數(shù)的值，使結(jié)果更具有客觀性，同時(shí)學(xué)生對非線性擬合也有了更形象的了解。系統(tǒng)（圖20-7）提供了幾種擬合方式：σ~c、σ~lnc、σ~Sqrt(c)。選擇一種方式，輸入擬合階數(shù)，點(diǎn)擊“擬合”。系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行擬合，并顯示擬合的結(jié)果。根據(jù)圖形很容易判斷擬合的效果。如果不滿意，可以重新選擇條件，再進(jìn)行擬合。滿意后，點(diǎn)擊“確認(rèn)”。 圖20-7 多項(xiàng)式擬合 圖20-8 吸附量與濃度關(guān)系 學(xué)生需根據(jù)擬合的結(jié)果，寫出擬合多項(xiàng)式。 根據(jù)吉布斯吸附等溫式和擬合多項(xiàng)式，提供計(jì)算吸附量的表達(dá)式，點(diǎn)擊“斜率計(jì)算”，系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算，并進(jìn)入吸附量界面，顯示斜率和吸附量的計(jì)算結(jié)果，并給出吸附量與濃度關(guān)系圖（圖20-8）。 確定最大吸附量的數(shù)值，并需要提供計(jì)算溶質(zhì)分子截面積的計(jì)算式。 九、進(jìn)一步考慮的問題 一般教科書都用上式來分析Г—c的關(guān)系，并將Г∞稱為飽和吸附量。但是，表面吸附量Г的概念是一種表面超量(表面過剩)，是指單位面積的表層中所含溶質(zhì)的量與具有相同質(zhì)量溶劑的本體溶液中所含溶質(zhì)的量之差。因此從表面超量角度理解，當(dāng)濃度較低時(shí)，由于溶質(zhì)(具表面活性)優(yōu)先排布在溶液表面層，使Г隨濃度增加而增加。當(dāng)濃度增大到一定值后，再增加溶質(zhì)濃度，必定使溶質(zhì)在表面層的濃度與在體相中的濃度之差越來越小，直到濃度無限大時(shí)，這個(gè)差值為零。因此吸附量Г達(dá)到極大值后，會(huì)逐漸減少，直到Г∞＝0。顯然上式?jīng)]有體現(xiàn)這一特征。 |
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