七、最大气泡压力法测定溶液的表面张力

1、物理化学实验报告实验名称：最大气泡压力法测定溶液的表面张力学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：姓名：学 号：指导教师：日期：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， 其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。 根据能量最低原理，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层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

2、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循吉布斯吸附等温式： = （c/RT）/ （d/dc ）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/ （ 1 Kc）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 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

3、张力， 其仪器装置如图 1 所示：图 1、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 0.15 0.2mm）；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式中，P 为附加压

4、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最大式中仪器常数 K 可用已知表面张力的标准物质测得。三

5、、仪器药品1、仪器：最大泡压法表面张力仪 1 套，洗耳球 1 个，移液管 (50ml 和 10ml) 各一支，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、仪器常数的测定调节液面与毛细管相切， 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 510 个（数显微压差测量仪为 510s），当气泡刚脱离管端的一瞬间，压力计中液位差达到最大值，当显示的最大值比较稳定时，记下数据，重复调节 2 次并记下相应的数值。 再由手册

6、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P最大值，每次置换溶液前都先用溶液润洗2 次，再按 2 方法测定。五、实验数据记录及处理1、实验数据的记录恒温槽温度室温大气压 水3028.1 100.14KPa71.18 ×10-3 N.m-1浓度P最大P最大， 1P最大， 2P最大， 3 N/m× 10-6c/ × 107-3-2-1mol.dmmol*mm水573.35745725740.071780.02541.35425405420.067181.3711.459

7、0.044994985004990.061932.5561.5650.064774784774760.059203.5531.6890.08462.74644624620.057424.3631.8340.10438.34394374390.054394.9862.0060.12418.34184194180.051915.4212.2140.163873873873870.048035.7302.7920.20361.33623623600.044845.2903.7810.243413413403420.042324.1015.8522、计算 K 值 = K pK= 水/ P最大 =0.0

8、7118/573.3=0.1241 ×10-3 m根据 K 值得到一组 值，以 (N/m) -c (mol.m-3 ) 作图如下 :5-2 、 -c 等温线根据图 5-1 ，可以得到 -c 的关系式为 =0.06983- 1.8467 ×10-4 c+2.95 ×10-7 c2 由此得到 d/dc=5.90 ×10-7 c- 1.8467 ×10-43、绘制 -c 等温线通过公式 = （ c/RT） / （d/dc ）就得一组。以 ×106mol.m-2 -c / （ mol.m -3 ）作图如下：5-3 、 -c 等温线4、计算 A

9、m5-4 、c/ -c 等温线56从图 5-3 中得出： y=1.784*10 x+5.5468*105则斜率 1/ =1.784*10即 =5.605*10-6-2mol·m所以， Am=1/ L-623=（ 1/5.605*10）*6.02*10=10.74 nm2六、实验讨论1、这次的实验操作的步骤很简单，就是实验量比较大，数据比较容易产生误差。从得到的 c/ -c 等温线来看，得到的数据不是很理想，拟合出的直线不够精确。可能的原因有： 在到正丁醇的时候没有直接倒入而是先经过烧杯再倒入；液面没有跟毛细管底部完全相切；没有等到气泡稳定了再读数。2、本实验是通过测最大气泡来测定溶液的表面张力，计算过程中巧妙地用求导的方法间接地来求出 -c 的切线。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； 读取压力计的压差时， 应取气泡单个溢出时的最大压力差。