石工12-3班12021121夏安迪表面张力测定最大压差法

1、中国石油化学原理(二)_实验报告实验日期：2010-10-12成绩:班级：石工12-3班 学号:12021121姓名:夏安迪 教师:王增宝同组者： 关兴宇张梦实最大压差法测表面张力一. 实验目的1. 掌握最大压差法测定表面张力的原理及方法；2. 测定正丁醇水溶液的表面张力，了解表面张力的概念及影响因素；3. 学习gibbs公式及其应用。二. 实验原理由于净吸引力的作用，处于液体表面的分子倾向于到液体内部来，因此液体表 面倾向于收缩。耍扩大面积，就耍把内部分子移到表面来，这就耍克服净吸引力作 功，所作的功转变为表面分子的位能。单位表面具有的表面能叫表面张力。在一定 温度、压力下纯液体的表面张力是

2、定值。但在纯液体中加入溶质，表面张力就会发 生变化。若溶质使液体的农面张力升高，则溶质在溶液相农面层的浓度小于在溶液 相内部的浓度；若溶质使液体的农面张力降低，则溶质在溶液相农面层的浓度人于 在溶液相内部的浓度。这种溶质在溶液相农面的浓度和相内部的浓度不同的现象叫 吸附。在一定的温度、压力下，溶质的表面吸附量与溶液的浓度、溶液的表面张力 之间的关系，可用吉布斯(gibbs)吸附等温式表示：_ 丄乜(2-1)rt de式中 r 吸附量(mol/l)；c 吸附质在溶液内部的浓度(mol/l)；o 表面张力(n/m)r 通用气体常数(nm/k. mol)t绝对温度(k)。若do /dc<0,溶

3、质为正吸附；若do /dc>0,溶质为负吸附。通过实验若 能测出表面张力与溶质浓度的关系，则可作出。一c曲线，并在此曲线上任取若 干个点作曲线的切线，这些曲线的斜率即为浓度对应的do /de,将此值代入2 -1式可求出在此浓度时的溶质吸附量。测定液休表面张力的方法有许多种。本实验采用最大压差法，测定装置如图2 1 o测定时，将分液漏的活塞打开，使瓶内压力增加，气泡即可通过毛细管(要求 它的尖嘴刚刚与液面接触)。从浸入液面的毛细管端鼓出空气炮吋，需要高出外部 大气压的附加压力，以克服气泡表面张力。如果毛细管半径很小，则形成的气泡 基本上是球形的。(图2-2)此时附加压力与表而张力成正比，与

4、气泡的曲率半径成反比，其关系式如下：p = (2-2)r图一表面张力测试装置式屮a p 广口瓶内滴水形成的附加压力；r气泡的曲率半径；。一表面张力(n/m)当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这是曲率半径最大，随着气泡的形 成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这是曲率半径与毛细管半径r相等， 曲率半径达最小值，根据2-2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，直到气泡溢岀。.图2 一 2气泡最小曲率半径示意图如果用图2-1装置，分别测出一种已知表面张力的液体(例如水)和另一未知表面张力液体(如正丁醇水溶液)的附加压力最大值，这吋因为r二r,所以，a/?j =-(2

5、-3)r式中:a" 已知表面张力液体的最大附加压力; o 1-已知液体的表面张力。ap2 =-(2-4)式屮：' p2 未知表面张力液体的最大附加压力；。2未知液休的表面张力。因为两种液体的最大附加压力（即最大压差）是在同一仪器的同一毛细管测的。 所以，上两式的r是相同的，若将r消去即得：（2-5）因此,在同一温度下，只要测得api" p2,再由温度查出已知表面张力液体（水） 的表面张力；即可由公式（2-5）求出未知液体的表面张力。三仪器与药品1. 仪器 最大压差法测表面张力装置一套，洗瓶，吸耳球。2药品正丁醇（分析纯）蒸纟留水。四步骤1.用洗液洗表而张力测定仪的外

6、套管和毛细管。方法是在外套管屮放入少量 洗液，倾斜转动外套管,使洗液与外套管接触（注意不要让洗液从侧管流出）再将 毛细管插入，这吋保持外套管倾斜不动，转动毛细管，使洗液与毛细管接触，再用 洗耳球吸洗液至毛细管内，洗毛细管内壁用完的洗液倒回原来瓶屮，然后用自来 水充分冲洗外套管和毛细管，最后用蒸懈水冲洗外套管和毛细管各三次，即可进行 下面实验。2 在外套管中放入蒸馆水（作为已知表面张力的液体，其表面张力见附录二）， 将毛细管插入外套管，寒紧塞子,并使毛细管尖端刚碰到液面。读出斜管压差计下 面一根管内的零点液位ho （此吋斜管压力计两端都通大气）。按图2-1所示 装好仪器，分液漏斗中装满口來水。3

7、打开分液漏斗的活塞，使分液漏斗中的水慢慢滴入广口瓶中，这时瓶内压 力逐渐增加，气泡将通过毛细管端。从斜管压力计读岀第一个气泡通过毛细管端吋 的最高液位hl,如此重复三次，测三个平行数拯，取平均值得h2o4测完蒸憾水的最大压差后，倒掉蒸憎水，用002mon/l的正丁醇洗一次外 套管和毛细管，然后再加入该溶液，象测蒸憾水的最大压差一样，测定该溶液的 最大压差。依次侧得 0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0. 35mom/l 的正丁 醇溶液的最大压差。（注意：每更换一次溶液，都应用待定液洗外管套管和毛细管）。=2433.6x4-2247.42+ 838.21x2-202.0

8、5x+ 73.261vr2 =0.992640 00.050.10.150.20.250.30.350.4c(mol/l)6418 5 26 5 5 549(lu'ne:435 记录实验温度.五.结果处理1.由附录一二查出实验温度下蒸憾水的表面张力，cr=73. 05mn/nioa%2. 由公式恥计算出不同浓度正丁醇溶液的表面张力，用表格的形式列出计算结果，并取一组数据计算实例。表1正丁醇表面张力与浓度表(21°c)借助excel软件同理可得其他浓度正丁醇溶液的表面张力，如上表所示。3以表面张力。为纵坐标，以浓度c为横坐标，借助excel软件画出正丁醇 溶液的o-c的散点图，

9、并用多项式进行拟合。正丁醇溶液的6c图737067图14. 4.在图上选若干点，作不同浓度曲线时切线，依gibbs公式(2-1) 求出相应的表面吸附量；并在坐标纸上画出正丁醇溶液的吸附等温线。c0. 020. 050. 10. 150. 20. 250. 30. 35原图线斜率/1000-0. 17-0. 13-0. 092-0. 069-0. 059-0. 052-0. 043-0. 024吸附 xmol/（m：） 1e-063e-064e-064e-065e-065e-065e-063e-06然后做出正丁醇溶液吸附等温线如图吸附量(mol/(m2)吸附里(mol/(m2)多项式(服附里(m

10、ol/(m2)六.思考题1 实验屮，如果毛细管深入液而1mm会造成多大误差？答：会使最大附加压力增大很多。从而使表面张力增大很多。因为伸入水下有水压p= pgh ,当毛细管深入液面lmm时,pl=9. 8pa, p2=9. 8pa,由公式x 0 105,得:产生的误差为(ap2+0. 0098) / ( apl+0. 0098)2.实验中，为什么要尽量放慢鼓泡速度?答：目的是讣气泡逐渐形成，使曲率半径逐渐变小最后达到与毛细管半径相 等，曲率半径达最小。鼓泡过快气泡来不及形成，达不到曲率半径最小，会造成 实验测量误差。3. 实验中，为什么要求从稀到浓逐个测定不同浓度溶液的表面张力？答：减少曲于残

11、留正丁醇对于浓度的影响而造成的实验误差，使实验更加的 精确。因为从浓溶液到稀溶液，浓溶液在容器壁上残留的溶液对稀溶液浓度影响 比从稀到浓，稀溶液在容器壁上残留的溶液对浓溶液浓度影响大的多，所以从稀 到浓逐个测定不同浓度溶液的表面张力4. 解释。-c曲线的变化趋势。答：随着浓度的不断增大，表而张力不断地减小。正丁醇溶液的液体表而分 子同时受到空气分子与液体内部分子的吸引力，正丁醇分子的非极性部分随着浓 度的増大而在液体表面排列的越來越紧密，空气分子对它的吸引力越來越大，所 以表面张力不断减小，但减小速率逐渐变小。开始吋，曲线变化速率很快，随浓 度增加，变化速率逐渐变慢。当溶液极稀时，表面活性剂分子在溶液屮的分布只 有一种动平衡，由于浓度极稀，表面上表面活性剂分子彼此不影响，所以可平铺 于液面，此时表面活性剂对表面张力有显著影响。由于表面活性剂分子在表面浓 度增加，所以他们不能像极稀溶液情况下平铺，i何是倾斜于液而，因此对表而张 力的影响就减小，表现为表而张力随浓度增加而下降减小。当浓度增至某一数值, 表面活性剂在溶液表面吸附达到饱和，并紧密排列，活性