實驗十一最大氣泡法測定溶液的表面張力報告

1、11.1實驗目的實驗最大氣泡法測定溶液的表面張力11.1.1測定不同濃度正丁醇水溶液的表面張力，計算表面吸附量和正丁醇分子的橫截面積；11.1.2 了解表面張力的性質(zhì)，表面自由能的意義以及表面張力和吸附的關(guān)系;11.1.3掌握用最大泡壓法測定表面張力的原理和技術(shù)。11.2實驗原理11.2.1表面自由能物體表面分子和內(nèi)部分子所處的境遇不同，表面分子受到向內(nèi)的拉力，所以液體表面都有自動縮小趨勢。如果把一個分子由內(nèi)部遷移到表面，就需要對抗拉力而做功。在溫度、壓力和組成恒定時，可逆地使表面增加dA所需做的功，叫表面功，可表示為:-SW = odA(11.1)式中，o為比例常數(shù)(7在數(shù)值上等于當T、P和

2、組成恒定的條件下增加單位表面積時所必須對體系做的可逆非膨脹功，也可以說是每增加單位表面積時體系自由能的增加值。環(huán)境對體系作的表面功轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻鎸臃肿颖葍?nèi)部分子多余的自由能。因此，o稱為表面自由能，其單位是J m-2。若把o看作為作用于每單位長度邊緣上的力，通常稱為表面張力。從另外一方面考慮表面現(xiàn)象，特別是觀察氣液界面的一些現(xiàn)象，可以覺察到-1。N m表面上處處存在著一種張力，它力圖縮小表面積，此力稱為表面張力，其單位是 表面張力是液體的搬弄是重要特性之一。與所處的溫度、壓力、濃度以及共存的另一相的組成有關(guān)。純液體的表面張力通常是指該液體與飽和了其本身蒸 氣的空氣共存的情況而言。11.2.2溶液的

3、表面吸附純液體表面層的組成與內(nèi)部組成層相同，因此，液體降低體系表面自由能的唯一途徑是盡可能縮小其表面積。對于溶液則由于溶質(zhì)會影響表面張力，因此可 以調(diào)節(jié)溶質(zhì)在表面的濃度來降低表面自由能。根據(jù)能量最低原則，溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力時，表面層中溶質(zhì)的濃度應比溶液的內(nèi)部來得大；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比在內(nèi)部的濃度來得低，這種表面濃度與溶液內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象叫做溶液的表面吸附。從熱力學方法可知它們之間的關(guān)系遵守Gibbs吸附方程:式中:C c r =RT c c T(11.2)r 表面吸附量(mol m-2 )（溶液表面張力（N m-1）T 熱力學溫度（K）C 溶液濃度(m

4、ol m-3)氣體常數(shù)(8.3145J. K-1. mol-1)。以表面張力 a對溶液濃度C作圖，可得到（7C曲線，在 aC曲線上任選點I作切線，即可得該點所對應濃度Ci的斜率（d（/dci）T，可求得不同濃度下的和得出r C的關(guān)系圖。在一定的溫度下，吸附量與溶液濃度之間的關(guān)系由Langmuir等溫式表示:Kcr r式中：1 Kc-2 ) Po 表面飽和吸附量 (mol m(11.3)K 經(jīng)驗常數(shù)（與溶質(zhì)的表面活性大小有關(guān) 將（11.3）式轉(zhuǎn)化成直線方程為：C C 1(11.4)r rK r若以C/ rc作圖可得一直線，由直線斜率可求出roo假若在飽和吸附的情況下，在氣液界面上鋪滿一單分子層，

5、則可應用下式求得被測物質(zhì)的分子橫截面積So:1(11.5)23mol-1)o式中為阿佛加德羅常數(shù)(6.022 X 10N11.3最大泡壓法2將被測液體裝于測定管中，使玻璃管下端毛細管端面與液面相切，液面沿毛細管上升。打開分液漏斗的活塞，使水緩慢下滴而減少系統(tǒng)壓力。這樣毛細管內(nèi) 液面受到一比試管中液面上大的壓力，當此壓力差在毛細管端面上產(chǎn)生的作用力 大于毛細管口液體的表面張力時，氣泡就從毛細管口逸出，這一最大壓力差可由數(shù)字式微壓差測量儀讀出。其關(guān)系式為:2pmax。nPmax= P大氣-P系統(tǒng)=R如果毛細管半徑為r,（11.6）氣泡由毛細管口逸出時受到向下的總壓力為氣泡在毛細管受到的表面張力3的

6、作用力為JT出時，上述兩力相等，即：、2 _Pm ax= n2 P =(70A2（7。剛發(fā)生氣泡自毛細管逸(11.7)(11.8)蘆r PJl-1最丈氣泡法測定表面張力的裝置若用同一根毛細管，對兩種具有表面張力為式讖壓差和 2嚨的液嗣言，則有下列關(guān)系: 芾百丈昔的試昔；&毛細管P 2 = K P11:15= (2 P1/(11.9)式中K為儀器常數(shù)。11.4實驗儀器和試劑恒溫裝置帶有支管的試管 （附木塞）毛細管（半徑為0.150.02mm）容量瓶(50mL) A A A數(shù)字式微壓差測量儀3洗耳球移液管滴管正丁醇（分析純）11.5實驗步驟11.1.4將儀器洗滌干凈并按圖n -11-1裝置。對需干

7、燥的儀器作干燥處理。11.1.5調(diào)節(jié)恒溫為30 C。0.02、0.05、0.10、0.15、11.1.6正丁醇溶液配制：分別準確配制311.2.3mol.d正丁醇溶液各100mL（注：純正丁醇的加入量分別為: m0.20、0.25、0.30、0.1482、0.3706、0.7412、1.1118、1.4812、1.8530、2.2236、2.5942g，加水至近100mL ,在 30 C 恒溫15min，用30 C恒溫的蒸餾水加至100.00mL刻度）。11.1.7儀器常數(shù)測定：先以蒸餾水作為待測液測定其儀器常數(shù)。方法是在測定管中注入蒸餾水，將干燥的毛細管垂直地插到使毛細管的端點剛好與水面相切

8、，置于恒溫水浴內(nèi)恒溫 10min。注意使毛細管保持垂直并注意液面位置，然后按圖n -11-1接好系統(tǒng)。打開滴液漏斗，控制滴液速度，使毛細管逸出的氣泡速度約為5s10s1個。在毛細管口氣泡逸出的瞬間最大壓差約在700Pa800Pa左右（否則需調(diào)換毛細通過手冊查出實驗溫度時水的表面張力，利用公式（11.9），求出儀器常數(shù)K。加入適量樣品于11.1.8待測樣品表面張力的測定，用待測溶液洗凈試管和毛細管， 試管中，按照儀器常數(shù)測定的方法，測定已知濃度的待測樣品的壓力差 入公式（11.9）計算其表面張力。11.5實驗注意事項11.5.1測定用的毛細管一定要洗干凈，否則氣泡可能不能連續(xù)穩(wěn)定地流過，而使壓

9、差計讀數(shù)不穩(wěn)定，如發(fā)生此種現(xiàn)象，毛細管應重洗。11.5.2毛細管一定要保持垂直，管口剛好與液面相切。應讀出氣泡單個逸出時的11.5.3氣泡形成速度應穩(wěn)定；在數(shù)字式微壓差測量儀上， 最大壓力差。11.6數(shù)據(jù)記錄及處理（一）實驗數(shù)據(jù)11.6正丁醇溶液的配制表1.正丁醇溶液的配制室溫 25.00C；實驗溫度30.00 C；大氣壓 96.18 kPa#2#3#c cccc4#c 廠cccA ccc-5#A f-CCrc ccc8# 100mC f-CCl容量瓶c ccc10 f-CCV止醇/mi0.20000.50001.0001.5002.0002.5003.0003.500c 正丁醇=p 正丁醇

10、V正丁醇/M3) /mol dm 3, M 正丁醇=74.12g molp-3正丁醇 /(100 X10止丁醇=0.8098g ?dmc ,-30.021850.054630.10930.16390.21850.27310.32780.3824止醇11.7儀器常數(shù)的測定待測物質(zhì)表2.儀器常數(shù)的測定室溫 25.00； 實驗溫-30.00C ； 大氣壓AphO /Pa96.18kPa1-29.4529 氷0-5 H 22O69平均值1692692CT-1/N m儀器常數(shù)K-1-1/N m Pa69?7.118 10-1-1）計算公式:AK= (H2O/ pH2O (N m Pa11.8正丁醇溶液表

11、面張力的測定11.9作（c圖，求出曲線上不同濃度c點處的（? T?c）t,p，并計算相應濃度的1N(T11.1011.1.111.2.50.741411.811.5.5(T2 =0.06769-0.1362c+0.15426 c050100150200250300350400-3c/mol m圖1. Tc關(guān)系曲線圖-4c+1.54201 10-7c2(N?m 曲線擬合方程：產(chǎn) 0.06769-1.3621210(? T?c)t,p=- 1.36212 10-4+2 X1.54201 10e ；大氣壓r-2/ molm2.40 0蟲96.18 kPac/r-1/m2.09 107150.00.0

12、50739.00-5X05.3510-62.8010/200.00.046627.45-5X05.9110-63.38107250.00.043275.91-5X05.8610-64.26107-55.20 10-65.77 107 300.00.040704.37102.39 X07382.50.055614.18 10-6-510.5 10圖2. cl Pc關(guān)系直線圖65m2 mol-1, r-6 m-2 mol-1 直線斜率 k= 1/= 1.729 X10-= 5.784 X 1011.11求乙醇分子的橫截面積So。7S0=1/L E=1.729 X 105/(6.022 X 1023

13、)=0.287 X 10-18m2=0.287 nm 2（二）實驗數(shù)據(jù)11.1.11乙醇溶液的配制c表1.乙醇溶液的配制室溫 25.00c ；實驗F溫度350.00 C ；大氣壓96.18kPa卡2#4#5#.16#-7#-8#容量L瓶編號1m 乙醇 /g4.28878.914811.18418.02624.39630.18534.96544.389c乙醇=m乙醇/M乙醇/(100-3X 10)/-3 fmol dmM乙醇=!46.08g .-1mol乙醇-30.93091.93512.42763.91275.29546.55207.58959.6351/mol dm11.1.12儀器常數(shù)的測

14、定1室溫 25.00A表2.儀器常數(shù)的測定kPaC ；實驗溫度30.0(- 1）C;大氣壓96.18待測物質(zhì)PHeO /Pa儀器常數(shù)K-1 -1/N m Pa-12平均值/N mHbO1038103810381038-27.118 X0-511.2.6 X 10-111.1.1-1）計算公式:K=O 7X口、/芬M、/后一rtrt P上力的測1定3乙醇溶液表面張氏力的測疋*-FT*、.、，、 .、.卜表3.乙醇溶液表乏面張力的測疋E室溫,?500實驗溫度3000k氣壓9618kPa乙醇濃度/103m.oJ. m -3 1ZTp/PaB丄/古(T-13mo|. m-3123平均值/N m0.74

15、157927947937930.0543811.96726726726720.0460811.5.66356356356350 04354(H2O/ pHPa2O (N m273.25355355355350.03669327.104744744744740.03250382.64364364364360.02990150.14174174174170.02860200.13853853853850.02640r。11.1.14作（c圖，求出曲線上不同濃度c點處的（？水?c）T,p，并計算相應濃度的._5N(T曲線擬合方程:11.1211.1.111.2.70.741611.1C11.5.72

16、 o=0.06769-0.1362c+0.15426c327.110.050.10產(chǎn) 0.06769-0.1362C+(?(/?c)T,p=- 0.1362+2-2) r= -C/8.3145/303.15 d Xdc(mol m0.150.200.25 0.300.350.40-3c/mol m圖1. (rc關(guān)系曲線圖20.15426c0.15426c表3.乙醇溶液表面張力的計算室溫乙醇濃度25.00 C ；實1 驗溫度30.00-(? T?c)t,pC ;大氣壓96r5.18kPac/r-3( /mol m-1/N.m2 -1/N m mol-2/ mol m-1/m3c cc r士1 小

17、-5-6/til8382.7 103150.20.0492611.31108.352 10-5200.2 X04.970 X0-6250.1103.018 1080 1030 045606 540 10-5.5 189%0-6,3 854 108,2.0 1032.500 100.042675.3635.319W64.7001033.0 100.040234.546 10-55.411 X0-65.544 10833 500100.038133.94110-55.473 X0-66.395 10830.036303.467 10-55.501 X0-67.2711084.0 10o o0.034693.077 10-55.493 X0-68.193 1085.446 00-60.033259.181 0082.745 10-535.0 1035.500 100.3196-52.458 10-65.364 0810.25 1010-6-2g =5.665X 10mol m8m0r52-1”斜率=1/ rTr*rg=1.765 X 10 m mol3-3c/10 mol m圖2. c/ rc關(guān)系直線圖5m2 mol-1,10-6 m-2 mol-1 直線斜率 k= 1/rg= 1.765 Xg= 5.665 X