實驗七-最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力.doc

1、寧 波 工 程 學(xué) 院物理化學(xué)實驗報告專業(yè)班級 姓名 序號 同組姓名 指導(dǎo)老師 實驗日期 實驗名稱 最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力 一、實驗?zāi)康?1掌握最大氣泡壓力法測定表面張力的原理和技術(shù)。2通過對不同濃度乙醇溶液表面張力的測定，加深對表面張力、表面自由能、表面張力和吸附量關(guān)系的理解。二、實驗原理1、 表面濃度與內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象叫做溶液的表面吸附。在指定的溫度和壓力下，溶質(zhì)的吸附量與溶液的表面張力及溶液的濃度之間的關(guān)系遵循吉布斯吸附等溫式： = （c/rt）*（d/dc） 式中，為溶液在表層的吸附量；為表面張力；c為吸附達(dá)到平衡時溶液在介質(zhì)中的濃度。根據(jù)朗格謬爾（langmuir）公式：

2、 =kc/（1kc） 為飽和吸附量，即表面被吸附物鋪滿一層分子時的 c/ =（1kc）/（k） = c/1/k 以c/對c作圖，則圖中該直線斜率為1/。由所得的代入am=1/l可求被吸附分子的截面積（l為阿伏伽德羅常數(shù)）。2、 本實驗用氣泡最大壓力法測定溶液的表面張力，其儀器裝置如圖1所示： 圖1、最大氣泡壓力法測量表面張力的裝置示意圖1、 恒溫套管；2、毛細(xì)管（r在0.150.2mm）；3、u型壓力計（內(nèi)裝水）；4、分液漏斗；5、吸濾瓶；6、連接橡皮管。將待測表面張力的液體裝于表面張力儀中，使毛細(xì)管的端面與液面相切，液面即沿毛細(xì)管上升，打開抽氣瓶的活塞緩緩抽氣，毛細(xì)管內(nèi)的液面上受到一個比a瓶

3、中液面上大的壓力，當(dāng)此壓力差附加壓力（p=p大氣p系統(tǒng)），附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑成反比，其關(guān)系式為： p=2/r 式中，p為附加壓力；為表面張力；r為氣泡的曲率半徑。根據(jù)上式，r=r時的最大附加壓力為：p最大= 2/r 實際測量時，使毛細(xì)管端剛與液面接觸，則可忽略氣泡鼓起所需克服的靜壓力，這樣就可以直接用上式進行計算。當(dāng)將其它參數(shù)合并為常數(shù)k時，則上式變?yōu)椋?=kp最大 式中儀器常數(shù)k可用已知表面張力的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測得。三、儀器藥品1、儀器：最大泡壓法表面張力儀1套，洗耳球1個，移液管(50ml和10ml)各一支，燒杯（500ml）。2、藥品：正丁醇（分析純），蒸餾水。四、實驗

4、步驟1、儀器的準(zhǔn)備與檢漏將表面張力儀容器和毛細(xì)管先用洗液洗凈，再順次用自來水和蒸餾水漂洗，烘干后按圖5-9接好，檢查是否漏氣。2、儀器常數(shù)的測定調(diào)節(jié)液面與毛細(xì)管相切，并調(diào)節(jié)分液漏斗，使氣泡由毛細(xì)管尖端成單泡逸出，且速度控制在每分鐘形成氣泡510個（數(shù)顯微壓差測量儀為510s），當(dāng)氣泡剛脫離管端的一瞬間，壓力計中液位差達(dá)到最大值，當(dāng)顯示的最大值比較穩(wěn)定時，記下數(shù)據(jù)，重復(fù)調(diào)節(jié)2次并記下相應(yīng)的數(shù)值。再由手冊查出實驗溫度時水的表面張力，求得儀器常數(shù)k。3、表面張力隨溶液濃度變化的測定在上述體系中，按濃度從高到低的順序依次測定預(yù)先配好的正丁醇溶液的p最大值，每次置換溶液前都先用溶液潤洗2次，再按2方法測

5、定。五、實驗數(shù)據(jù)記錄及處理1、實驗數(shù)據(jù)的記錄恒溫槽溫度室溫大氣壓水3026.3100.26kpa71.18×10-3n.m-1濃度/mol·dm-3水(0.00)0.020.040.060.080.100.120.160.200.24p最大/pa663.33629.67581.67547.67528.33500485.33450.67427.67407.67p最大，1/pa662632582547526499486451429409p最大，2/pa665628581548530500485450428407p最大，3/pa66362958254852950148545142

6、6407/mn/m71.1867.5762.4258.7756.6953.6552.0848.3645.8943.75×10-6mol·m-201.542.813.824.575.055.274.923.521.06c/×107 m-101.301.421.571.751.982.283.255.6822.642、計算儀器常數(shù)k值 = kpk=水/p最大=0.07118/663.33=1.073×10-4m根據(jù)k值得到一組值，= kp以(n/m)-c (mol.m-3)作圖如下:由上圖得，-c的關(guān)系式為=4.15204×10-7c2-2.103

7、07×10-4c+0.07086由此得 d/dc=8.30048×10-7c-2.10307×10-4，其中c的單位為mol.m-3 根據(jù) = （c/rt）*（d/dc） 便可求出不同濃度下的 和c/ ，結(jié)果見上表3、繪制-c等溫線通過公式 = （c/rt）*（d/dc）就得一組。以×10-6mol.m-2- c /（ mol.m-3）作圖如下：-c等溫線4、計算am c/-c等溫線從圖中得出：斜率1/=6.493*105即=1.540*10-6 mol·m-2所以，am=1/l=1/（1.540*10-6*6.02*1023）=10.787*

8、10-19 m2六、注意事項1.儀器系統(tǒng)不能漏氣。2.所用毛細(xì)管必須干凈、干燥，應(yīng)保持垂直，其管口剛好與液面相切。3.讀取壓力計的壓差時，應(yīng)取單個逸出時的最大壓力差。七、結(jié)果與討論實驗結(jié)果與理論值較接近，誤差也在允許范圍內(nèi)。存在誤差的原因有：1 實驗過程中有時出現(xiàn)的氣泡為一連串，導(dǎo)致測得的值有偏差。2 所用的毛細(xì)管需要潤洗，在潤洗過程中也有可能由于潤洗不徹底導(dǎo)致實驗誤差。 八、思考題 1.毛細(xì)管尖端為何必須調(diào)節(jié)得恰與液面相切？否則對實驗有何影響？答：如果將毛細(xì)管末端插入到溶液內(nèi)部，毛細(xì)管內(nèi)會有一段水柱，產(chǎn)生壓力p，則測定管中的壓力pr會變小，pmax會變大，測量結(jié)果偏大。 2.最大氣泡法測定表面張力時為什么要讀取最大壓力差？如果氣泡逸出的很快，活幾個氣泡一齊出，對實驗結(jié)果有無影響？答：如果毛細(xì)管半徑很小，則形成的氣泡基本上是球形的。當(dāng)氣泡開始形成時，表面幾乎是平的，這時曲率半徑最大；隨著氣泡的形成，曲率半徑逐漸變小，直到形成半球形，這時曲率半徑r和毛細(xì)管半徑r相等，曲率半徑達(dá)最小值，根據(jù)拉普拉斯(laplace)公式，此時能承受的壓力差為最大：pmax = p0 - pr = 2/。氣泡進一步長大，r