溶液表面张力的测定——最大气泡法(物理化学实验报告).pdf

溶液表面张力的测定溶液表面张力的测定 最大气泡法最大气泡法 实验者 林澄昱 生 04 2010030007 同组者 张弯弯 实验日期 2012 04 21 提交日期 2012 04 29 实验指导 张静温 1 引言引言 在溶液内 由于表面层分子势能的存在 在温度 压力和组成恒定时 可逆地使表面积 增加 dA 所需做的功为 d 比例系数 表示在等温等压下形成单位表面所需的可逆功 称为表面张力 另外 表面张力与表面吸附量满足 Gibbs 公式 d d 本实验用最大气泡法测定表面张力 如下图所示 当形成的气泡刚好是半球形时 半径 最小 内外压力差达到最大值 图 1 最大气泡法示意图 测量压力差最大值 p 根据 Young Laplace 方程 2 可以得到 2 其中 r 即为毛细管的内径 对于同一支毛细管 针对两种液体进行测量 其表面张力之比与压力差最大值呈比例关 系 从而 通过与纯水进行比对 可以得到任意液体的表面张力数值 2 实验操作实验操作 2 1 实验药品 仪器及装置示意图实验药品 仪器及装置示意图 2 1 1 实验药品实验药品 0 400 0 M 0 500 0 M 正丁醇水溶液 2 1 2 实验仪器实验仪器 表面张力测定装置 100 mL 容量瓶 7 个 50 mL 移液管 20 mL 移液管 滴管 洗耳球 2 1 3 装置示意图装置示意图 图 2 实验装置示意图 2 2 实验条件实验条件 室温 t 20 0 气压 p 100 92 kPa 恒温水浴水温 t0 30 00 2 3 操作步骤及要点操作步骤及要点 2 3 1 溶液配制溶液配制 依照表 1 配制不同浓度的正丁醇溶液 表 1 不同浓度正丁醇溶液配方 序号 浓度 c M 配方 1 0 500 0 0 500 0 M 母液 2 0 400 0 0 400 0 M 母液 3 0 300 0 0 400 0 M 母液 75 mL 加水补至 100 mL 4 0 250 0 0 500 0 M 母液 50 mL 加水补至 100 mL 5 0 200 0 0 400 0 M 母液 50 mL 加水补至 100 mL 6 0 150 0 0 300 0 M 溶液 50 mL 加水补至 100 mL 7 0 100 0 0 400 0 M 母液 25 mL 加水补至 100 mL 8 0 050 0 0 200 0 M 母液 25 mL 加水补至 100 mL 9 0 025 0 0 100 0 M 母液 25 mL 加水补至 100 mL 2 3 2 仪器常数的测定仪器常数的测定 1 向大试管中加去离子水 调整液面高度使毛细管与液面相切 2 将大试管至于恒温水浴中 3 关闭气密活塞使体系与大气相隔离 4 打开抽气瓶活塞 使水缓慢流下 观察毛细管处 使气泡产生的速 度约为 10 20 秒一个 5 打开气密活塞 使体系与大气相连 6 启动软件开始测量体系压力 7 约 10s 后 关闭气密活塞 8 若测量点呈直线下降趋势 说明体系气密性良好 若下降呈曲线状 或有波动 须调整仪器使气密性良好 9 在出现 8 10 个峰后 停止取点 2 3 3 正丁醇溶液表面张力的测定正丁醇溶液表面张力的测定 1 清洗大试管 毛细管 2 想大试管中加入待测溶液 调整液面高度使毛细管与液面相切 3 以下步骤同 2 3 2 4 更换溶液 重复 1 3 直至将各浓度溶液测量完 3 结果与讨论结果与讨论 3 1 原始数原始数据据 以下为软件处理界面截图 图 3 数据处理软件截图 将原始数据提取后如表 2 所示 表 2 正丁醇浓度 电势差原始数据表 正丁醇浓度 c M 电势差 E mV 0 0 308 0 025 0 0 300 0 050 0 0 272 0 100 0 0 250 0 150 0 0 222 0 200 0 0 198 0 300 0 0 184 0 400 0 0 169 0 500 0 0 163 其中 水的表面张力 水 0 07118 N m 3 2 数据处理过程及结果数据处理过程及结果 根据公式 1 2 1 2 1 2 可以得到 待测 待测 水 水 从而有正丁醇浓度 表面张力表如下 表 3 正丁醇浓度 表面张力数据处理表 正丁醇浓度 c M 电势差 E mV 表面张力 N m 1 0 025 0 0 300 0 06933 0 050 0 0 272 0 06286 0 100 0 0 250 0 05778 0 150 0 0 222 0 05131 0 200 0 0 198 0 04576 0 300 0 0 184 0 04252 0 400 0 0 169 0 03906 0 500 0 0 163 0 03767 E 0 308 0 07118 根据经验公式 得到 与 c 的关系公式为 0 07459 0 01623 log 1 20 图像如下 图 4 正丁醇浓度 表面张力曲线图 从而可以得到 d d 0 01623 20 1 20 ln10 由此可以得出表面吸附量 如下表所示 表 4 正丁醇浓度 表面吸附量数据处理表 正丁醇浓度 c M 表面张力 N m 1 d d N mol m 2 表面吸附量 mol m 2 0 025 0 0 06933 0 2164 2 146 10 6 0 050 0 0 06286 0 1623 3 220 10 6 0 100 0 0 05778 0 1082 4 293 10 6 0 150 0 0 05131 0 08115 4 830 10 6 0 200 0 0 04576 0 06492 5 152 10 6 0 300 0 0 04252 0 04637 5 520 10 6 0 400 0 0 03906 0 03607 5 724 10 6 0 500 0 0 03767 0 02951 5 854 10 6 为得出表面吸附量 和正丁醇浓度 c 之间关系 作 c c曲线 数据如下 表 5 饱和吸附量数据处理表 正丁醇浓度 c M 表面吸附量 mol m 2 m 1 0 025 0 2 146 10 6 1 165 107 0 050 0 3 220 10 6 1 553 107 0 100 0 4 293 10 6 2 329 107 0 150 0 4 830 10 6 3 106 107 0 200 0 5 152 10 6 3 882 107 0 300 0 5 520 10 6 5 435 107 0 400 0 5 724 10 6 6 988 107 0 500 0 5 854 10 6 8 541 107 有图像如下 图 5 饱和吸附量数据处理图 从图 5 可知 c c曲线呈线性 相关系数 R2 1 直线方程为 1 553 105 7 76 106 而两者应满足 1 可以得到 1 1 553 10 5 m2 mol 1 从而 6 439 10 6 mol m2 3 3 讨论分析讨论分析 3 3 1 实验数据分析实验数据分析 本次实验数据处理过程中 舍去了正丁醇浓度为 0 150 0 M 对应的数据 实验误差来源主要为毛细管在实验过程中必须伸入液面一下一定深度 这 一深度在实验过程中难以控制相同 导致有较大误差 可以通过装置改进 进行优化 3 3 2 实验现象分析实验现象分析 实验过程中