最大气泡压力法测定溶液的表面张力.doc

宁波工程学院物理化学实验报告专业班级 化工班 姓名 序号 实验日期 2012.4.24同组姓名 指导老师 实验名称 最大气泡压力法测定溶液的表面张力 一、 实验目的1、掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技术。2、通过对不同浓度乙醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能、表面张力和吸附量关系的理解。二、 实验原理 1、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 守吉布斯吸附等温式： =c/RT(d/dc) (1)式中，为溶质在表层的吸附量；为表面张力；c为吸附达到平衡时溶质在介质中的浓度。根据朗格缪尔公式： =Kc/(1+Kc) (2)为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的。由（1）（2）得： c/=(1+Kc)/ K=c/+1/K (3)以c/对c作图，得以直线，该直线的斜率为1/。 2、本实验用气泡最大压力法测定溶液的表面张力，其仪器装置如图所示： 最大气泡压力法测量表面张力的装置示意图 1、恒温套管；2、毛细管(r在0.150.2mm)；3、U型压力计(内装水)；4、分液漏斗；5、吸滤瓶；6、连接橡皮管。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，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，毛细管内液面上受到一个比A瓶中液面上大的压力，当此压力差-附和压力(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，此附和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： p =2/R （4）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时球形的。当气泡开始形成时，表面几乎时平的，这时曲率半径最大；随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成球形，这时的曲率半径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到最大值。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： pmax =2/r （5）实际测量时，使毛细管端与液面接触，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。当将其它参数合并为常数K时，则上式变为： =Kpmax （6）式中的仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。三、 实验仪器、试剂1、实验仪器：最大气泡压力法表面张力仪1套；洗耳球1个；移液管(50ml和1ml)各1只；烧杯(500ml)1只。2、实验试剂：正丁醇，蒸馏水。四、 实验步骤1、仪器准备与检漏 将表面张力仪容器和毛细管先用洗液洗净，再顺次用自来水和蒸馏水漂洗，烘干后按图接好。检查是否漏气。2、仪器常数的测定 调节液面与毛细管端相切，并调节分液漏斗，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且速度控制在每分钟形成气泡5-10个。当气泡刚脱离管端的一瞬间，压力计中液位差达到最大值，此时记录下p最大值；改变气泡逸出速率(控制在每分钟5-10个)，再依此记录2次，取其平均值。再由手册中查出实验温度时水的表面张力，求得仪器常数K。3、表面张力随溶液浓度变化的测定在上述体系中，按浓度从低到高的顺序依次测定预先配好的正丁醇溶液的p最大值，每次置换溶液前都先用新溶液润洗2次，再按2方法测定。五、数据记录与处理1、实验数据记录：室温:26.5； 大气压力:99.66 kPa； 恒温槽温度:25； 水:71.99*10-3N/m表1 不同浓度下正丁醇的表面张力浓度moldm-3水0.020.040.060.080.100.120.160.200.24p最大/Pa591.3551.3514.3485.7456.3440423.3398.3370354p最大,1/Pa595550516486458441423399370354p最大,2/Pa591552515485456440423398370354p最大,3/Pa588552512486455439424398370354 10-3(N/m)71.9967.0962.5959.1155.5353.5551.5248.4745.0343.082、实验数据处理：1、在25下水的表面张力为水=71.99*10-3Nm-1 仪器常数K=水/Pmax=71.99*10-3/591.3=1.217*10-4 =Kpmax , 所以可求出 。图1 -c等温线图 由图1可得-c的关系式为=0.07029-2.039510-4c+3.846310-7c2由此得到d/dc=7.692610-7c-2.039510-4将不同的c值代入上式，就可以得到在不同浓度c下的d/dc了。再根据=c/RT(d/dc)来求得不同浓度下的值和c/值。数据记录如下：浓度molm-320406080100120160200240d/dc(*10-4)-1.886-1.732-1.578-1.424-1.270-1.116-0.809-0.501-0.193/*10-6 molm-21.5222.7953.8204.5965.1235.4035.2224.0421.869(c/)/*107 m-11.3141.4311.5711.7411.9522.2213.0644.94812.8412、绘制-c，c/-c等温线，求并计算Am。图3 -c等温线图图4 c/-c等温线由图4可知其斜率1/ =4.131*105，所以=2.421*10-6所以Am=1/(L)=1/（2.421*10-6*6.022*1023）=0.686*10-18m2=0.686nm2；六、实验结果与讨论1实验是通过测最大气泡来测定溶液的表面张力。产生实验误差的可能原因为：（1）每组溶液浓度不纯；（2）计算时数据及电脑绘图时引入了偏差（3）气泡速率控制地不好。2实验时应注意：（1）、首先要保证装置不能有一点点漏气。（2）、所用的毛细管必须干净，干燥，应保持垂直，其管口刚好与液面相切。（3）、读取压力计的压差时，应取气泡单个溢出时的最大压力差。（4）、张力管及毛细管的洗涤要彻底。如果毛细管洗涤不干净，不仅影响表面张力值，而且会使气泡不能有规律地单