最大泡压法测定吐温-80溶液的表面张力及CMC的测定目的要求：一、测定不同浓度吐温-80水溶液的表面张力，计算表面吸附量和吐温-80分子的横截面积。二、了解表面张力的性质，表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系。三、掌握用最大泡压法测定表面张力的原理和技术。基本原理一、从热力学观点看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总的自由能减小的过程。如欲使液体产生新的表面AA，则需要对其做功。功的大小应与AA成正比：—W=gAA式中G为液体的表面自由能，亦称表面张力。它表示了液体表面自动缩小趋势的大小，其量值与液体的成分溶质的浓度、温度及表面气氛等因素有关。二、溶液的表面吸附纯物质表面层的组成与内部的组成相同，因此纯液体降低表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积，对于溶液，由于溶质能使溶剂表面张力发生变化，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层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，表面层中的浓度比内部的浓度低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。显然，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有关，从热力学方法可知它们之间的关系遵守吉布斯(Gibbs)，吸附方程：C/dbr=——(—)RTdeT式中：r为表面吸附量(单位:mol•m-2)；T为热力学温度(单位:K);c为稀溶液浓度(单位:mol•dm-3)；R为气体常数。本实验研究正吸附情况。有一类物质，溶入溶剂后，能使溶剂的表面降低，这类物质称为表面活性物质。表面活性物质具有显著的不对称结构，它们是由亲水的极性集团和憎水的非极性集团构成的。对于有机化合物来说，表面活性物质的极性部分一般为一nh3+,—oh,—SH，—COOH,—SO2OH等。吐温-80就属于这样的化合物。它们在水溶液表面排列的情况随其浓度不同而异。浓度很小时，分子可以平躺在表面上；浓度增大时，分子的极性基团取其溶液内部，而非极性基团基本上取向空间；当浓度增至一定程度，溶质增至一定程度，溶质分子占据了所有表面，就形成饱和吸附层。以表面张力对浓度作图，可得到G-c曲线，在开始g随浓度增加而迅速下降，以后则变化比较缓慢。在G-C曲线上任选一点i作切线，即可得该点所对应浓度ci的斜率(dG/dci)T，再由图可求得不同浓度下的r值。三、饱和吸附与溶质分子的横截面积吸附量r与浓度c之间的关系，可用langmui吸附等温式表示:式中:r为饱和吸附量，K为常数。将上式取倒数可得:co作c/r—c图，直线斜率的倒数即为r。如果以N代表lm2表面上溶质的分子数，则有：N=rlco式中L为阿伏加德罗常数，由此可得每个溶质分子在表面上所占据得横截面积：g=i/rlBco因此,若测得不同浓度得溶液的表面张力，从g-c曲线上求出不同浓度得吸附量r再从c/r-c直线上求出r，便可以计算出溶质分子的横截面积gb。B四、最大泡压法测定表面张力的方法很多。本实验用最大泡压法测定吐温-80水溶液的表面张力，其实验装置和原理如下图所示。将待测液体装于测定管中，使玻璃管下端毛细管端面与液面相切，液面沿毛细管上升。打开抽气瓶的活塞缓缓放水抽气，则测定管中的压力p逐渐减小，毛细管中压力p0就会将管中液面压至管口，并形成气泡，其曲率半径由大而小，直至恰好等于毛细管半径r，根据拉普拉斯公式，这时能承受的压力差也最大:Ap=Ap=n—p=2o/rmaxr0r随后大气压力将把此气泡压出管口。曲率半径再次增大，因此气泡表面膜所承受的压力差必然减少，实际上测定管中的压力差却在进一步加大，所以立即导致气泡的破裂。最大压力差可用U型压力计中最大液柱差Ah来表示：Apmaxmax=PgAh式中p为压力计中液体介质的密度。,由上述两式即得:g=r/2PgAh=K'AhK'为仪器常数，可以用已知表面张力的物质测定。仪器试剂:表面张力测定装置1套恒温水浴1套烧杯（200毫升）1只吸耳球1个吐温80实验步骤一、配制溶液用称重法粗略配制5%，10%，15%，20%，25%，30%，35%，40%的吐温80水溶液。二、测定仪器常数将仪器认真洗涤干净，在测定管中注满蒸馏水，使管内液面刚好与毛细管口相接触，置于恒温水浴内恒温lOmin。注意使毛细管保持垂直并注意液面的位置，然后按装置图接好系统。慢慢打开抽气瓶活塞，进行测定。注意气泡形成的速度应保持稳定，通常以8-12个气泡\分钟为宜。
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U型压力计两边最高和最低读数各3次，求出平均值。三、测定吐温-80水溶液的表面张力以不同的吐温-80水溶液进行测定。从稀到浓依次进行。每次测量前必须用少量待测液润洗测定管，尤其是毛细管的部分，确保毛细管内外溶液的浓度一致。数据处理一、以纯水测量结果计算K'值。二、计算各溶液的o值。三、作o-c图，并在曲线上取10个点，分别作出切线，并求得对应得斜率。四、根据方程求算个浓度的吸附量，并作出c/r—c图，由直线斜率求其r，并计算a值。coB提问思考一、在测量中，如果抽气速度过快，对测量结果有何影响?二、如果毛细管末端插入到溶液内部进行测量行吗?为什么?三、本实验中为什么要读取最大压力差?四、表面张力仪的清洁于否何温度的不恒定对测量数据有何影响?S
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