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 姓名 序号 同组姓名 指导老师 实验日期 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）在一定温度下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时，表面张力发生变化，其变化的大小取决于溶质的性质和加入量的多少。根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层溶质的浓度比溶液的内部大；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。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浓度之间的关系遵守吉布斯（Gibbs）吸附方程： = -（c/RT）/（d/dc） （2.2.1） 式中，为溶液在表层的吸附量；为表面张力；c为吸附达到平衡时溶液在介质中的浓度。根据朗格谬尔（Langmuir）公式： =Kc/（1Kc） （2.2.2）为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的。 c/ =（1Kc）/K = c/1/K （2.2.3） 以c/对c作图，则图中该直线斜率为1/。由所得的代入Am=1/L可求被吸附分子的截面积（L为阿伏伽德罗常数）。 （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 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，毛细管内的液面上受到一个比A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： p = 2/R （2.2.4） 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，这时的曲率半径R和毛细管的半径r相等，曲率半径最小值，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： p最大 = 2/r （2.2.5）实际测量时，使毛细管端刚与液面接触，则可忽略气泡鼓起所需克服的静压力，这样就可以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： =Kp最大 （2.2.6） 式中仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。三、 实验仪器、试剂1、 仪器：最大泡压法表面张力仪，洗耳球，移液管(50ml和10ml)，烧杯（500mL）2、 药品：正丁醇（分析纯），蒸馏水四、 实验步骤 1、仪器的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5-9接好，检查是否漏气。2、仪器常数的测定对体系抽气，调节抽气速度，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且每个气泡形成的时间为1020s（数显微压差测量仪为510s）。若形成的时间太短，则吸附平衡就来不及在气泡表面建立起来，测得的表面张力也不能反映该浓度之真正的表面张力值。当气泡刚脱离管端的一瞬间，压力计中液位差达到最大值，记录压力计两边最高和最低度数，连续三次，取平均值。再由手册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，按浓度从高到低的顺序依次测定预先配好的正丁醇溶液的值，每次置换溶液前都先用溶液润洗2次，再按2方法测定。五、 数据记录与处理室温： 23.8 大气压力：100.42 KPa恒温槽温度： 30 水= 71.18 mN.m-1浓度 mol.dm-3水0.020.040.060.080.100.120.160.200.24p最大579533502470445431414380355344p最大，1577534500471446430415380355345p最大，2580532502470444431412381356342p最大，3579532502470445431414380359344 mN.m-171.1865.5661.7557.8154.7453.0150.9246.7443.6742.31106mol.m-21.472.703.704.465.005.295.184.142.17c/10-7m-11.361.481.621.792.002.273.094.8311.061、计算仪器常数K： = Kp K =水/p最大，水= 71.18/579= 0.1229 mm 由K计算各个浓度下的正丁醇溶液的值2、计算d/dc值： 得到曲线方程：y = 0.06903 0.19955x +0.36821 x2 dy/dx = -0.19955 + 0.73642x即 d/dc = -0.19955 + 0.73642c根据公式： = -（c/RT）（d/dc） 可求得不同浓度下的和c/3、 绘制-c、c/-c等温线-c等温线c/-c等温线由图斜率得=8.7710-6Am=1/L=1.8910-19六、 结果与讨论1、 毛细管尖端为何必须调节地恰好与液面相切？答：如果毛细管尖端插入液下，会造成压力不只是液体表面的张力，还有