最大泡压法测定溶液的表面张力.doc

实验报告实验名称: 最大泡压法测定溶液的表面张力姓名： 学号： 班级：同组： 时间：一、实验目的 1. 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。2. 掌握用最大泡压法测定表面张力的原理和技术。3. 测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和吸附质分子的横截面积。二、实验原理 1、表面张力 从热力学观点来看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总自由能减小的过程，欲使液体产生新的表面A，就需对其做功，其大小应与A成正比： WA （1） 它表示液体表面自动缩小趋势的大小，称为比表面自由能，其量纲为Jm-2。因其量纲又可以写成Nm1, 所以还可称为表面张力。其物理意义是沿着与表面相切的方向垂直作用于表面单位长度上的力。2、溶液的表面吸附根据能量最低原理，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，这种表面浓度与内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。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之间的关系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程 ： （2）式中：为溶质在气液界面上的吸附量（单位为molm-2）；T为热力学温度（K）；c为稀溶液浓度（molL-1）；R为摩尔气体常数 。当 0称为正吸附；当 0时， 0称为负吸附。上述形式仅适用于稀。前者表明加入溶质使液体表面张力下降，此类物质叫表面活性物质；后者表明加入溶质使液体表面张力升高，此类物质叫非表面活性物质。本实验测定正吸附情况。3、饱和吸附量和溶质分子的横截面积在一定的温度下，吸附量与浓度c之间的关系，可用Langmuir吸附等温式表示 （3）式中为饱和吸附量，K为经验常数，其值与溶质的表面活性大小有关。将上式两边取倒数，即可化成如下直线方程 （4）以c/对c作图，得一直线，该直线的斜率为 。如果以N代表1m2表面上溶质的分子数，则有： （5） 其中：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的横截面积为： （6） 4、表面张力的测定方法最大泡压法 当毛细管下端端面与被测液体液面相切时，液体沿毛细管上升。打开抽气瓶（滴液漏斗）的活塞缓缓放水抽气，此时测定管中的压力Pr逐渐减小，毛细管中的大气压P0就会将管内液面压至管口，并形成气泡。其曲率半径恰好等于毛细管半径r时，根据拉普拉斯（Laplace）公式，此时能承受的压力差最大： （7）其中r为毛细管的曲率半径随着放水抽气，大气压力将把该气泡压出管口。曲率半径再次增大，此时气泡表面膜所能承受的压力差必然减少，而测定管中的压力差却在进一步加大，故立即导致气泡的破裂。最大压力差可通过数字式微差测量仪得到。用同一个毛细管分别测定具有不同表面张力（1和2）的溶液时，可得下列关系 （8）其中：K称为毛细管常数，可用已知表面张力的物质来确定。三、实验仪器与试剂表面张力测定装置 1套； 恒温水浴（公用）1台； 阿贝折光仪 1台； 滴管； 烧杯（50mL) 数只； 乙醇（分析纯）四、实验步骤（一）、配制溶液、恒温准备1. 用称重法粗略配置5%，10%，15%，20%，25%，30%，35%， 40%的乙醇溶液各50mL待用。2. 用乳胶管联接玻璃恒温夹套和恒温水浴，启动恒温水浴且将设定温度调至实验要求温度。（二）、测定毛细管常数 洗净玻璃器皿，在测定管中注入蒸馏水，使管内液面刚好与毛细管口相接触，保持垂直并注意液面距离，恒温10min。慢慢打开滴液漏斗的活塞，注意气泡形成的速率控制在每分钟812个气泡，即数字式微压差测量仪的读数约在700 800Pa之间，读取3次，取平均值。（三）、测定乙醇溶液的表面张力依据测定毛细管常数的方法，从稀到浓，测定不同浓度乙醇溶液的表面张力。每次测量前必须用少量被测液洗涤测定管，尤其是毛细管部分，确保毛细管内外溶液的浓度一致。（四）、测定乙醇溶液的折光率使用阿贝折光仪测定不同浓度乙醇溶液的折光率。（ 五）、测定乙醇溶液的工作曲线使用阿贝折光仪测定不同标准浓度乙醇溶液的折光率。五、数据记录和数据处理（一）、数据记录乙醇溶液水5%10%15%20%25%30%35%40%P48635325416713611710610092483355255167137117106999448135225616713411610610092平均48335325516713611710610093折光率1.33461.33741.34081.34401.34691.35061.35111.35511.33461.33701.34071.34411.34681.35051.35121.35501.33461.33701.34101.34421.34671.35041.35121.3552平均1.33461.33711.34081.34411.34681.35051.35121.3551标准浓度2.193.294.375.436.537.618.70折光率1.33281.33901.34041.34891.34791.34981.35201.33291.33891.34051.34801.34801.34991.35201.33301.33851.34051.34751.34751.34921.3520平均1.33291.33881.34051.34481.34781.34961.3520（二）、数据处理1、计算K值。已知25下，水的表面张力为71.97mN/m。根据K= 71.97/483 = 0.1490N/（mPa）2、根据所测折光率，浓度折光率工作曲线计算待测溶液的浓度和值。待测溶液浓度和 值：浓度折光率工作曲线n=0.00284c+1.32829，代入折光率可求出下列相对应的浓度。乙醇溶液浓度折光率乙醇溶液摩尔浓度P值5%1.33462.221835352.59710%1.33713.102125537.99515%1.34084.405016724.88320%1.34415.566913620.26425%1.34686.517611717.43330%1.35057.820410615.79435%1.35128.066910014.90040%1.35519.44019313.8572、作c图，并在曲线上取10个点，分别作出切线，并求得对应的斜率。 在曲线上取点求得斜率和吸附量：乙醇浓度值/(mN/m)斜率吸附量C/2.775443.9768-12.94130.01449191.54333.407235.8005-11.58430.01592213.98094.150828.1954-8.64280.01447286.80744.838523.3415-5.56020.01085445.81475.522220.5642-3.25780.00726760.88746.209918.8770-2.51410.00630985.96686.925617.0342-2.12850.005951164.5857.697215.7363-1.61490.005021534.9688.300914.8019-1.17280.003932013.5919.016714.2309-0.79770.002902807.4584、作出c/c图，由直线斜率求取，并计算B值。c/c图c/直线方程为:c/ =418.12763 C-1379.88668其斜率为: 418.12763所以 = 1/418.12763 = 0.002392 mmoL/m2 B = 1/(L)= 1/(0.0023926.021023) = 6.94452210-19 J.m-2六、思考题 1、本实验中为什么要读取最大压力差？ 答：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，这时曲率半径很大，随着气泡的形成，曲率半径逐渐减小，直到形成半球形，这时曲率 半径R和毛细管半径r相等，曲率半径达到最小值。根据拉普拉斯公式，此时能承受的压力差为最大。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小知道气泡逸出，最大压力差可通过数学微压差测量。 2、如果将毛细管末端插入溶液内部进行测量行吗？为什么？ 答：不行。如果那样做就会在毛细管中