最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力題庫

1、寧波工程學(xué)院物理化學(xué)實驗報告專業(yè)班級化工104班姓名張雅俊序號33實驗日期2012.05.19同組姓名朱中宇、蔣燕軍指導(dǎo)老師付志強、羅麗娟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?、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、在一定溫度下純液體的表面張力為定值，當加入溶質(zhì)形成溶液時，表面張力發(fā)生變化，具變化的大小決定于溶質(zhì)的性質(zhì)和加入量的多少。根據(jù)能量最低原理，溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力時，表面層溶質(zhì)的濃度比溶液內(nèi)部大；反之，溶質(zhì)使溶劑的表面張力升高時，它在表面層中的濃度

2、比在內(nèi)部的濃度低，這種表面濃度與內(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：r=-(c/RT)*(d丫/dc式中，r為溶液在表層的吸附量；丫為表面張力；c為吸附達到平衡時溶液在介質(zhì)中的濃度。根據(jù)朗格謬爾(Langmuir)公式：r=JKc/(1+Kc)r訥飽和吸附量，即表面被吸附物鋪滿一層分子時的rc/r=1+Kc)/(HoK)=c/口1/RK以c/rXc作圖，則圖中該直線斜率為1/艮。由所得的n代入Am=1/艮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

3、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，使毛細管的端面與液面相切，液面即沿毛細管上升，打開抽氣瓶的活塞緩緩抽氣，毛細管內(nèi)的液面上受到一個比A瓶中液面上大的壓力，當此壓力差一一附加壓力（P=P大氣干系統(tǒng)）在毛細管端面上產(chǎn)生的作用力稍大于毛細管液體的表面張力時，氣泡就從毛細管口脫出，此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：AP=2t/R式中，AP為附加壓力；丫為表面張力；R為氣泡的曲率半徑。如果

4、毛細管半徑很小，則形成的氣泡基本上是球形的。當氣泡開始形成時，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，這時的曲率半徑R和毛細管的半徑r相等，曲率半徑最小值，根據(jù)上式這時附加壓力達最大值。氣泡進一步長大，R變大，附加壓力則變小，直到氣泡逸出。根據(jù)上式，R=r時的最大附加壓力為：AP最大=2T/r實際測量時，使毛細管端剛與液面接觸，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。當將其它參數(shù)合并為常數(shù)K時，則上式變?yōu)椋篩=KA跟大式中儀器常數(shù)K可用已知表面張力的標準物質(zhì)測得。三、實驗儀器、試劑1、儀器：最大泡壓法表面張力儀1套，洗耳球1個

5、，移液管（50ml和10ml）各一支，燒杯（500mL）。2、藥品：正丁醇（分析純），蒸儲水。四、實驗步驟1、儀器的準備與檢漏將表面張力儀容器和毛細管先用洗液洗凈，再順次用自來水和蒸儲水漂洗，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)液面與毛細管相切，并調(diào)節(jié)分液漏斗，使氣泡由毛細管尖端成單泡逸出，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）,當氣泡剛脫離管端的一瞬間，壓力計中液位差達到最大值，當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)Ko3、表面張力隨溶液濃度變化的測定在上述體系中，按濃

6、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方法測定。五、數(shù)據(jù)記錄與處理實驗溫度：22.7C；大氣壓：100.62KPa；恒溫槽溫度：30C；丫水：71.18xdN.m-1儀器常數(shù)K的測定AP最大AP最大，1AP最大，2AP最大，3丫水K=丫/p64364464464271.180.1107p正丁醇的測定一14-3cmol.dmAP最大AP最大，1AP最大，2AP最大，3ymN/m水64364464464271.180.0260960860961067.420.0456957056856862.9910.0653753753753759.45

7、0.0850550550550555.900.1048748648748853.9110.1246746746846651.700.1643843843843748.490.2041341241341445.720.2437337337337341.292、計算K值y=KAp.K=丫水/AP最大=71.18(N/m)/643=0.1107根據(jù)K值得到一組丫值，以ymN/m)-c(mol.dm-3)作圖如下:0000.050.10015000.25c（moldm1Y=A+B1*X+B2*XA2AB1B270.7206-199.28848339.08692ParameterValueError0.

8、6776113.9156556.33662根據(jù)上圖，可以得到y(tǒng)c的關(guān)系式為T70.7206-199.28848c+339.08692cd3可得d_=678.17384c-199.28848（其中c的單位為mol.dm3,丫的單位為mN/m。）dc又因為】=_d-RTdccrc/r0.020.00147313.57770.040.00273214.64120.060.00377515.89400.080.00460317.37990.10.00521619.17170.120.00561321.37890.160.00576227.76810.20.00505139.58040.240.0034

9、7868.98530.006nFc等溫線c/-c等溫線yscale(Y)=A+B*XParameterValueErrorA1.802265.22229B217.8008539.21622由上面可知直線的斜率k為217.80085X103m3/mol;11-633=4.591410mol/mk217.80085101 1,92行Am=：623=3.61810m二L4.5914106.0210六、注意事項1、儀器系統(tǒng)不能漏氣；2、所用毛細管必須干凈、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)果與討論這次的實驗操作的步驟很簡單，就是實驗量比較

10、大，數(shù)據(jù)比較容易產(chǎn)生誤差。從得的c/r-c等溫線來看，得到的數(shù)據(jù)還是存在誤差，可能的原有：液面沒有跟毛細管底部完全相切；沒有等到氣泡穩(wěn)定了再讀數(shù)。八、思考題1 .毛細管尖端為何必須調(diào)節(jié)得恰與液面相切？否則對實驗有何影響？答：如果將毛細管末端插入到溶液內(nèi)部，毛細管內(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：如果毛細管半徑很小，則形成的氣泡基本上是球形的。當氣泡開始形成時，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和毛細管半徑r相等，曲