正六丁醇分子大小的测定
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实验六 正丁醇分子大小的测定 1 前言 1.1 实验目的 1)测得不同浓度正丁醇溶液用最大气泡法产生的最大压力差。 2)求得正丁醇分子的大小。 1.2 实验内容 本实验采用最大气泡法测量溶液表面张力，即测量气泡逸出时的最大压力差。先测定已知表面张力的水的最大压力差，标定仪器常数。然后依次测定浓度-1-1-1-1-1-1为0.02mol/L、0.04mol/L、0.06mol/L、0.09mol/L、0.12mol/L、0.16mol/L、0.20mol/L-1和0.24mol/L-1的正丁醇溶液的最大压力差。分别算出各浓度正丁醇溶液的表面张力后，将数据代入吉布斯吸附方程，算出表面吸附量。再将表面吸附量代入Langmuir吸附等温式，算出饱和吸附量后计算每个正丁醇分子所占面积。 1.3 实验原理 最大气泡法是测定液体表面张力的方法之一，它的基本原理如下： 当玻璃毛细管一端与液体接触，并通过时滴液漏斗内水往下滴来减小系统压力，可以在液面的毛细管口处形成气泡。气泡的半径在形成过程中先由大变小，然后再由小变大。设气泡在形成过程中始终保持球形，则气泡内外的压力差△p（即毛细管内压力减去系统压力）与气泡的半径r、液体表面张力之间的关系可又拉普拉斯（Laplace）公式表示，即 p2 （1） r显然，在气泡形成过程中，气泡半径由大变小，再由小变大，所以压力差△p则由小变大，然后再由大变小。当气泡半径r等于毛细管半径R时，压力差达到最大值Pmax。因此 pmax2 （2） R由此可见，通过测定R与Pmax，即可求得液体的表面张力，Pmax可由数字式微压差测量仪测出。 由于毛细管的半径较小，直接测量R误差较大。通常用一已知表面张力为0的液体（如水、甘油等）作为参考液体，实验测得其对应的最大压力差为P0,max。可得被测液体的表面张力 1=2 (△p1/△p2)=K△p1 （3） 式中：K为仪器常数，本实验中通过测定已知30℃时表面张力为71.18mN/m的水的△p2来标定。 对纯溶剂而言，表面层与内部的组成是相同的，但对溶液来说却不然。当加入溶质后，溶剂的表面张力会发生变化。根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度比溶液内部的大，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，溶液表面吸附溶质的量与溶液的表面张力和加入溶质的量（即溶液的浓度）有关，从热力学方法可知它们间的关系遵守吉布斯吸附方程： cRTd （4）dCT式中：Γ吸附量（mol/m-2）；为表面张力（N/m）；T为绝对温度；c为溶液浓d度（mol/m3）；R为气体常数，R=8.314J·mol-1·K-1。当<0时，Γ>0，此dCTd时溶液表面层的浓度大于溶液本体的浓度，称为正吸附；当>0时，正好dCT相反，Γ<0，称为负吸附。 通过实验测定相同温度下各种浓度溶液的表面张力，绘出－c曲线， 将－c曲线上对应某一浓度c处的斜率即可求出吸附量Γ。 d求出，然后代入吉布斯吸附方程，dCT将Γ1、Γ2···对c作图，就可得到吸附等温线。 若在溶液表面上的吸附是单分子层的吸附，则满足Langmuir吸附等温式 Kc （5） 1Kc式中：为溶液单位表面上盖满单分子层溶质时的饱和吸附量；K为特性常数，它取决于吸附质的吸附特性。 将Langmuir吸附等温式改写成 cc1 （6） K以c/对c