實驗五最大泡壓法測定溶液的表面張力

第一頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二1）測定不同濃度的正丁醇水溶液的表面張力，根據吉布斯（Gibbs）吸附公式計算溶液的表面吸附量和正丁醇分子的橫截面積。2）通過氣泡最大壓力的測定，進一步了解表面張力的性質以及表面張力和吸附的關系。3）掌握用最大泡壓法測定表面張力的原理和技術。Ⅰ實驗目的第二頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二

Ⅱ實驗原理由于溶質分子的存在，表面濃度與溶液內部濃度不同的現象叫做溶液的表面吸附。用熱力學方法導出了溶液表面張力隨濃度變化率與表面吸附量Γ之間的關系式。對兩組分的稀溶液：本實驗就是測定不同濃度溶液的表面張力，從σ—c曲線上求出不同濃度的吸附量Γ，再從c/?！猚

曲線上求出飽和吸附量Γ∞，進而計算溶質分子的橫截面積A。式中：Γ為單位表面上被吸附物質的量（單位：mol/m2），c為物質的量濃度。吉布斯吸附公式在σ—c曲線上任選一點i作切線，可得該點所對應的濃度的斜率，再由上式可求得不同濃度下的Γ值。第三頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二朗謬爾（langmair）提出吸附量與濃度c的關系可表示為：

以c/?！猚作圖，直線斜率的倒數為Γ∞。式中L為阿伏加得羅常數。那么每個分子在表面上所占得面積為：A=1/(?！?L)如果以N代表1m2表面上溶質的分子數，則：第四頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二本實驗用最大泡壓法測定正丁醇水溶液的表面張力。將被測液裝于滴定管中，使毛細管端與液面相切。當不斷從系統(tǒng)減壓時，毛細管出口將出現一小氣泡，且不斷增大。若毛細管足夠細，管下端氣泡將呈球缺形，液面可視為球面的一部分。隨著小氣泡的變大，氣泡的曲率半徑將變小。當氣泡的半徑等于毛細管的半徑時，氣泡的曲率半徑最小，液面對氣體的附加壓力達到最大。第五頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二彎曲液面的附加壓力——拉普拉斯方程σσ彎曲表面上的附加壓力Ps或△P第六頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二本實驗用最大泡壓法測定正丁醇水溶液的表面張力。將被測液裝于滴定管中，使毛細管端與液面相切。當不斷從系統(tǒng)減壓時，毛細管出口將出現一小氣泡，且不斷增大。若毛細管足夠細，管下端氣泡將呈球缺形，液面可視為球面的一部分。隨著小氣泡的變大，氣泡的曲率半徑將變小。當氣泡的半徑等于毛細管的半徑時，氣泡的曲率半徑最小，液面對氣體的附加壓力達到最大。氣泡內的壓力：氣泡外的壓力：

當毛細管口與液面相切，即h=0，則氣泡外的壓力為：附加壓力第七頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二根據附加壓力的定義：

式中，k為毛細管常數，其值可由σ1及實驗測得的最大壓力差Pmax(1)求得。（對球面而言）另外，根據拉普拉斯（laplace）方程，半徑為r的凹面對小氣泡的附加壓力為：

對兩種溶液的表面張力分別為σ1和σ2，用同一支毛細管測定時?？傻茫喝绻詼y定某已知表面張力的液體（如水）作標準，則另一溶液的表面張力，可迅速測定其Pmax而求得。即對同一毛細管，有：第八頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二Ⅲ實驗步驟

1）調節(jié)恒溫浴槽為25℃；2）溶液的配制。分別配制0.01mol/L、0.02mol/L、0.05mol/L、0.10mol/L、0.15mol/L、0.20mol/L、0.25

mol/L、0.30mol/L、0.35mol/L的乙醇水溶液待用；（25℃下，正丁醇的密度為0.7985g/mL,摩爾濃度為10.77mol/L。具體操作見教材P379）3）按圖19-1組裝儀器，DP—AW精密數字壓力計的調節(jié)與使用；（見使用說明書）第九頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二實驗裝置圖

第十頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二Ⅲ實驗步驟

1）調節(jié)恒溫浴槽為25℃；2）溶液的配制。分別配制0.02mol/L、0.04mol/L、0.08mol/L、0.12mol/L、0.16mol/L、0.20mol/L、0.24

mol/L、0.28mol/L的正丁醇水溶液待用；（采用稱量法來配制）3）按圖19-1組裝儀器，DP—AW精密數字壓力計的調節(jié)與使用；（見使用說明書）4）儀器常數K值的測定；5）不同濃度的正丁醇水溶液表面張力的測定。第十一頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二Ⅳ

注意事項

3、測定時氣泡逸出的速度不能太快。以每分鐘8－12個為宜。

1、毛細管一定要洗滌干凈，否則測定的數據不真實；毛細管的清洗方法：先用濾紙將毛細管外壁的水擦干，再在下次被測溶液中沾一下，溶液在毛細管中上升一液柱，然后用洗耳球將溶液吹出，重復3-4次。切忌用洗耳球將溶液吸至毛細管內再將其吹出，如此操作容易引起毛細管的堵塞。2、在測定實驗數據之前一定要檢查系統(tǒng)的氣密性，否則數據不真實；第十二頁，共十四頁，編輯于2023年，星期二Ⅴ數據處理1）測定純水的Pmax，計算毛細管常數K值；2）計算各溶液的表面張力σ；3）作σ—c圖，在曲線上取8—10個點，分別作出曲線，并求其斜率。4）計算各濃度的吸附量Γ，作c/?！猚圖，由直線斜率求出?！蓿ㄎ墨I值：8.28474×10-8mol/m2)，并計算分子截面積S0值（文