最大气泡法测表面张力.doc

物理化学实验报告辽宁科技大学 材料与冶金 学院 2012年10月7日课程名称:物理化学实验题目： 最大气泡法测定溶液的表面张力 班级：冶金2011-3班姓名：冉术兵学号：120113202031任课教师：班红艳一、实验目的： 1.掌握用最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 2.求正丁醇分子截面积和饱和吸附分子层厚度. 3.测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算吸附量。实验原理、装置、内容、步骤、数据记录及结果分析：二、实验原理： 溶液中加入溶质后,溶剂的表面张力要发生变化,加入表面活性物质(能显著改变溶剂表面张力的物质)则它们在表面层的浓度要大于在溶液内部的浓度,加入非表面活性物质则它们在表面层的浓度比溶液内部低.这种表面浓度与溶液内部不同的现象叫做溶液的吸附.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浓度有关.从热力学可知,它们的关系遵守吉布斯吸附等温方程: 式中，为溶质在表层的吸附量;为表面张力;C为浓度; R为气体常数;T为绝对温度当 0称为正吸附；当 0时，0称为负吸附。通过实验若能测得表面张力与溶质浓度的关系，则可作出sC曲线，并在此曲线上任取若干点作曲线的切线，这些切线的斜率就是与其相应浓度的或，将此值代入上式便可求出在此浓度时的溶质吸附量。吉布斯吸附等温式应用范围很广，但上述形式仅适用于稀溶液。 本实验采用最大气泡法测定正丁醇水溶液的表面张力值.装置如图. 将待测表面张力的液体装于表面张力仪中，使毛细管的端面与液面相切，液面即沿毛细管上升，打开活塞，毛细管内液面上受到一个比瓶中液面上大的压力，当此压力差附加压力(p=p大气-p系统)在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱出，此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为: 式中，p为附加压力；为表面张力；R为气泡的曲率半径。 如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，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，这时曲率半径r和毛细管半径r相等，曲率半径达最小值，根据上式这时附加压力达最大值。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。 根据上式，R=r时的最大附加压力为: 实际测量时，使毛细管端刚与液面接触，则可忽略气泡鼓泡所需克服的静压力，这样就可直接用上式进行计算。 当用密度为的液体作压力计介质时，测得与p最大相适应的最大压力差为h最大则: 当将 合并为常数K时，则上式变为: 式中的仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。 饱和吸附与溶质分子的横截面积在-c曲线上去任意一点,经过切点a作平行于横坐标的直线，交纵坐标于b点。以Z表示切线和平行线在纵坐标上截距间的距离，显然Z的长度等于 ， 即 ,可得, 以不同的浓度对其相应的可作出曲线，=f(C)称为吸附等温线。 根据朗格谬尔(Langmuir)公式: 为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的，上式可以写为如下形式 以C/对C作图，得一直线，该直线的斜率为1/。 由所求得的代入 可求被吸附分子的截面积(N0为阿佛加得罗常数)。 若已知溶质的密度，分子量M，就可计算出吸附层厚度 3、 实验装置：最大泡压法表面张力仪 1套毛细管（0.20.3mm） 1支吸耳球 1个烧杯(250mL) 2个。 正丁醇(不同浓度) 蒸馏水4、 实验步骤： (1)在室温22下 (2)洗净表面张力仪的各个部件，装好装置,样品管内装入水，通过液面调节阀 ,使样品管的液面正好与毛细管端面相切安装时注意毛细管务必与液面相垂直(3)测定开始时，打开滴液漏斗活塞进行缓慢抽气，使气泡从毛细管口逸出，调节气泡逸出速度以510秒一个为宜，读出压力计示数，重复读三次，取其平均值(4)然后依次加入各浓度的正丁醇,读出压力计示数,重复读三次,取平均值.五、实验记录和结果分析： (1) 数据记录及分析 (2) 根据上述计算结果，绘制C等温线。 K = -0.00154 (3) 由C等温线作不同浓度的切线求Z，并求出，C/。 (4) 绘制C/C等温线，求并计算S和。 查表得到水在22下表面张力=72.4410-3Nm-1密度=0.99823103kgm-3正丁醇密度=0.8978103kgm-3 溶液平均浓度c/mol/dm30.0500.1000.2000.3000.4000.5000.600h的平均值 /mmH2O44.342.837.335.133.331.528.8表面张力/10-3Nm-167.865.957.454.151.348.544.4吸附量/10-3molm-20.003200.003750.003630.003820.003570.003630.00283C/106m-115.6326.6755.178.53112.04137.742