最大泡压法测表面张力具体操作及用origin处理数据

1、最大气泡压力法测定溶液的表面张力一、实验目的1. 了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系。2. 掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技术。3. 通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇 分子的横截面积，进一步了解表面张力、表面自由能、表面张力和吸附量关系的 理解。技能要求：掌握表面张力测定仪的使用方法，实验数据的作图处理方法二、实验原理在温度、压力、组成包定时，每增加单位表面积，体系的吉布斯自由能的增 值称为表面吉布斯自由能，用。表示，也可以看作是垂直作用在单位长度相界面 上的力，即表面张力（N m-2）。液体的表面张力与温度有关，温度越高，表面 张力越

2、小，当到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋丁零。液体的表面 张力与液体的浓度有关，在溶剂中加入溶质，表面张力就会发生变化，并且，决 定丁溶质的本性和加入量的多少。如果溶质的加入能降低表面吉布斯自由能，则边面层溶质浓度比溶液本体浓 度大；如果溶质的加入能升高表面吉布斯自由能，则边面层溶质浓度比溶液本体 浓度小；在一定温度和压力下，溶质的表面吸附量与溶液的表面张力有关，并符 合：上式称为吉布斯等温（Gibbs）吸附方程，式中为表面吸附量（mol m-2 ）；c为溶液浓度（mol L-）; T为绝对温度（K）;。为溶液的表面张力。由Gibbs公式可以看出，若（猊）丁 <0,则A0,称为正

3、吸附，即溶液表：C面层浓度大丁本体溶液浓度，这种溶质称为表面活性物质；若（空）T0 ,0,；c为负吸附，即溶液表面层浓度小丁本体溶液浓度，这种溶质称为非表面活性物质。Gibbs公式表明，只要测得溶液的浓度和表面张力关系，就可求得各种不同浓度 下溶液的吸附量。吸附量与浓度之间的关系也可以用 Langmuir等温吸附方程式表示，即：:=一T kc式中匚e为饱和吸附量，k为经验常数，将上式整理得:c 1 c=+ k-以c/对c作图可得到一条直线，其斜率的倒数即为 ro如果以N代表1平方米表面层的分子数，则N =1二1_式中L为Avogadro常数，则每个分子的截面积 A为:AB =测定表面张力的方法

4、很多：有毛细管上升法，滴重法，最大气泡压力法，吊 环法等。本实验用最大气泡压力法测定溶液表面张力并计算乙醇分子截面积。在气泡形成的过程中，由丁表面张力的作用，凹液面会产生一个指向液面外 的附加压力Ap,并有如下关系：P大气=P系统+5附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径 R成反比，对球形凹面有：2。p = 或与成 a =KAp式中K称为毛细管常数，可用已知表面张力的液体作为标准标定。毛细管中气泡刚形成时，由丁曲率半径R较大，附加压力较小；当气泡长成 半球形时，曲率半径R等丁毛细管半径r,此时R值最小，附加压力最大，随着 气泡的进一步增大，R乂趋增大，附加压力乂变小，直至逸出液面。使用数字

5、微压计测量附加压力时，测量值和压力计的零点有关，而同时使用 增压操作和减压操作，其测量值的差值同压力计的零点无关， 可以提高测量准确 度。三、仪器和试剂表面张力测定仪1台移液管(5mL)1支无水乙醇(分析纯)移液管(10mL)1支吸耳球1个容量瓶(50 mL)8个四、实验步骤表面张力仪外观图1. 准备(1) 通过仪器的进水口(顶部)加水至液位计的一半处。(2) 将表面张力测定仪放在平稳不受振动的地方，开启电源，预热仪器。(3) 取下样品试管，用蒸僻水活洗样品试管，并用吸耳球活洗样品试管所配 毛细管。(4) 在50mL容量瓶中配制质量/体积比为5%、10%、15%、20%、25%、30%、 35

6、%、40%的乙醇水溶液。2. 测量(1) 样品管中加入蒸僻水，固定丁测定仪上，调节液位调节旋钮，控制样 品管内液体液面与毛细管底部相切。(2) 插入1号和2号温度探头(1号温度探头为样品温度探头，2号温度探 头为水浴温度探头)。(3) 将表面张力仪的增压口、减压口分别与样品试管上口、侧口相连(采用 橡胶管连接，应注意，橡胶管应尽量短，增压口与样品管上口相连，减压口与样 品管侧口相连)。将平衡开关、增压开关、减压开关打到关闭状态。(4) 打开磁力搅拌装置，调节合适的搅拌速度(500r/min)。(5) 调节控温装置，设置水浴温度(一般设置为 25C)。(6) 打开增压开关，调节针阀，控制气泡吹出

7、速度约为1个/10s,读取并记 录压力最大值，记为Ap增压(应注意液位计的液位变化，液位过高时打开平衡开关进行平衡)，记录5组数据。(7) 关闭增压开关，打开减压开关，调节针阀，控制控制气泡吹出速度约为 1个/10s，读取压力最小值，记为Ap减压，记录5组数据。(8) 依次测量 5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%的乙醇水溶 液的附加压力值。(9) 测量结束，关闭减压开关，关闭搅拌，关闭控温开关，打开平衡开关， 两液位计液位相互平后关闭平衡开关。五、数据记录和处理1. 计算各溶液的浓度：m-1c = mol L0.052. 计算各样品的Ap :3. 用Origin7.5

8、处理表面张力数据方法A.输入数据(1) 点击"Origin"图标,打开Origin窗口。(2) 在"Data1"窗口中输入实验数据：A(X)对应c, B(Y)对应海。(3) 鼠标右键点击空白处，出现快捷框，点击 ”Add new column"，出现C (Y) 列。(4) 求溶液的表面张力：鼠标右键点击 C( Y),出现快捷框，点击"Set column values”,出现"Set columnvalues'窗口，在"Col (C)=”后填入”水的表面张力*Col (B) Mp水”，如Col (C) =0

9、.07197*Col (B) /1376.8点击OK即可在C (Y)列中得到溶液的表面张力§F：.?一 1 iD|B|jJ 0_B 里Hl、Wh !通|美.0刨窒国国园酷jj主昌垂b|ezJjhbl | | |一JndlSet Cgluw Valuesk咽BN虬1。.阪110L621J13S91.EI-!_J_257flfid.1T43昭78175im削.&6EJ4就7_L5.996ma通跚99TIDJ n111213/业150IBBlW：AbEjlutE 橱wQrif IriFio- LrtToCoW：-CJtDcuMnt * 硕d SettnfUdfliHldtx it

10、orS.Applia«t k«n Dailw_ilRrtii-i irt_Fgr"ii_Ji«J"5国座幽Iflil国普10团蜘第IH日I 乖网 旦SI11J业Rulnc d J_l Illi J_| JJ l»_ jrjAMBMCML.心nn?An.nfijnZi m0.05131王3t.5TmiD.D4496411'33-7mil”54.21372t4M血9_46H"DJ3S95TrUSEE2Md.ujujt,眄3颇零DJ31414If旦 /IIUnM £isIF1912. 非线性拟合(1) 拉黑C (

11、Y)列,点击Origin窗口上方菜单栏中"Analysis"T拉菜单的"Non-Liner Curve Fit"中的 Advanced Fitting Tool,出现 NLSF 窗口或 NonLinear Curv Fitting 窗口，或按快捷键 " Ctrl+Y ”。(2) 自定义拟合函数 在NLSF窗口的菜单中选择"Function"中的"New"Define New Function"对话框。 在"Name"文本框中输入函数名。 在"Defination&q

12、uot;文本框中输入自定义的函数表达式。乘用"*”号，除用”/”。在表面张力实验中为：y =P1-P2in(1+P3*x)，其中y-表面张力，x-浓度。 在"Number of Parameter'拉自定义函数式中的参数个数：3。 在下方"Form"中选"Equations" 单击"Save”即可。I*圈田，屈I国画 堕|君I阔日阻I *置坐I a睹启1晶I成肉回回鼐|瞬恒|国I BLlfn “I0.060 -0.055 -0.050 -口 0.045 -A 0J3400 Q35 -0.030 -1g 用JiaZUF

13、234567X Axis Title3. 指定函数变量。 在NLSF窗口的菜单中选择"Action"中的"Dataset",打开"Select DatasetM话框。 在对话框顶部的歹0表框内单击 y变量，然后在"Available Datasets咧表框中单 击”Data1-c”。 单击”Assign”命令按钮。即y变量对应丁 Data1_C数歹0了。同样可指定x变量 对应丁 Data1_A数列。空+1-日-*一.工丁71-三/一口一。-以一&一川一凸SbIbdI: d Nelation-ship between a var

14、iable and d ilitting dataset. This relatian specifies which dadasek (and their corresponding ranejjpnu 瞄械 Io liitBasic Mode=*?' Orig;inFro 7. 5 - C:DocuBent5 and Sett ingsAdBinistratorXApplication Dat aOriinLabOriinTSEWseir Filesa ?il« Edi t View graph Juialyric 7q»1e FrPit Window H

15、71;lp亶|剧倒I国副画国固.园固虑钏国宣暨圈I昌I窗同 是I日画倒整IJ 旧创眉）1增11麻I盟IJ国山小|小同邱依|研| Il | hi I “ II” ii11o.oeo"0.055 -»0 050 -0 045 0.040 -0 035 - - 0030 -234567X Axis Title4. 曲线拟合 在NLSF窗口的菜单中选择"Action"中的"Fit" 分别设置参数的初始值，可都设为1。riginPro IL 5 C: DocuMent s and Sett ingsXAdMiinist rat orApplic

16、ation Dat a0riginLabOrigini75EEdi t Jfi tw 4ph 口回 * Analystsndow tlpE3|圃圃固国国国国。|星座旧旧|宜崔僵|到吕|是|顼B囱晶|即剑剧 蚓EJIZl I I I I I I I I I|B卜 _1-I一lit NonLinear Curve Fitting; Fitting «Category Euxiction.Optics Scripts0.0600.055 -0 050 -0.045 -0.040 -ParameterP2P3ValueVary? ErrorDependencyPress 'Esc&#

17、39; key to 就op fitting iteralions0 035 -0.030 -0Chqr |1 IterlItDIter. |100 Simplex Iter.DongView resulls.Basic ModeX Axis Title 点击"10 Iter"按钮25次，直至参数值不变即可。同时拟合出的曲线也将出现 在绘图框中。7bKUz原雇慢国画圈园国网叫曰 制割翎 辱I圆国|是I莒底国1*1 _ 笛固回I阁 印制;厚臭+1百§口/1一2/一口3一冬8矛甘_3F732sL0.H&-A硕Reduced Ovsqi 2 59SS-7

18、1; a.biE -二II商匚W2I顼O.MD -0.D9E BC<t tforp, UDClion Action Qpti 4ns Scripts如些 Hj诚匣I浏lulzl丑VekieVay? EmwDepends 叫PI| 口舟?44际 |(JQQSU |13S7WP2|Q01BE5|fiJOOIB1|0l99G14P3|-.591O8F |(L7DtH7 |Dl99911T旦 1NonLineai: Curve Fitting: Fittinr -. |Reduced 0>$4i ® 25995E-7Tald'3 itXiTid in ihs： teion

19、51 4. e wdbe I g-Mat qusdl >*Qid$| is not ieduc=dLTdlaJ 9 ipirs； ini Hni& sensign做卜e”m”顼 Twpiwig"MTquiFi，Oiisqr is rrf leducfidReduc&da>sqi-25995E7T。旧9 lordEnlh*金部袖 |53j- Oi呻is rri健山如Fledged Chrsqu s 25596£-7DiiSqr | ltei：Tffi01 晒 j IDQgimpteidW. |Pedorm a specJed rurter >dI Lentrg-Marqijdid:22ZZBasic ModeTald '3 iccnds i