物化实验报告6最大气泡压力法测定溶液的表面张力

1、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.吉布斯吸附等温式: = -（c/RT）/（d/dc） （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。 朗格谬尔（Langmuir）公式： =Kc/（1Kc） （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 （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

2、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。2） 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 （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

3、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 (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 （6）式中仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。三、仪器药品：1.仪器：最大泡压法表面张力仪1套

4、，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

5、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、数据处理： 室温：28.7 大气压力：99.94KPa 恒温槽温度：30.82 水：71.18 mN.m-1浓度 mol/dm-3P最大1P最大2P最大3P平均 mN/m*106mol.m-2c/×10-7 m-1水620622625622.371.180.02602605598601.768.831.451.380.04563567567565.764.722.661.500.065405

6、40538539.361.703.631.650.08498497497497.356.894.361.830.10485484485484.755.454.852.060.1247147046947053.775.112.350.16434439436436.349.914.903.270.2041441541641547.483.745.350.2439940039839945.641.6214.8 表一数据记录1、计算仪器常数K： = Kp K =水/p最大，水= 71.18/622.3= 0.1144 mm 由K计算各个浓度下的正丁醇溶液的值2、计算d/dc值： 由图一得到曲线方程：y

7、 = 0.071 0.198x +0.377x2 dy/dx = -0.198+ 0.754x即 d/dc = -0.198 + 0.754c根据公式： = -（c/RT）*（d/dc） 可求得不同浓度下的和c/，记录在表一中3、绘制-c ,c/-c等温线*106mol.m-2 C（ mol/dm-3）图二（-c等温线）c/×10-7 m-1C（ mol/m-3）图三c/-c等温线从图中得出斜率1/ =4.7*105 所以=2.13*10-6 mol·m-2所以Am=1/(L)=1/(2.13*10-6*6.02*1023)=7.80*10-19 m2六结果与讨论：1、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，还有插入部分液体的压力。2、实验过程时速度控制比较难，气泡总是一连串冒出的，很难控制每分钟形成气泡510个，导致读数会有所误差；因为最大压力差才是表面张力所能承受的最大压力，气泡出去太快会使压力差变小。3、实验过程中使用的毛细管都是同一个，虽然每次换溶液时都润洗两次了，但还是不能润洗干净，