最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力

寧波工程學院物理化學實驗報告專業(yè)班級化工112姓名姚志杰序號11402010235同組姓名田飛成金鵬指導老師付志強姚利輝實驗日期2013、5、27實驗名稱 實驗七最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力一、 實驗目的1．掌握最大氣泡壓力法測定表面張力的原理和技術。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、表面張力和表面吸附量的理解。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，其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系遵循吉布斯吸附等溫式：r=-(c/RT)*(dY/dc) ①式中，r為溶液在表層的吸附量；y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"c/(1+Kc) ②5為飽和吸附量，即表面被吸附物鋪滿一層分子時的mc/r=(1+Kc)/(rk)=c/r+i/rk③以c/r對c作圖，則圖中該直線斜率為i/rg。由所得的r」弋入Am=i/rgL可求被吸附分子的截面積(l為阿伏伽德羅常數(shù))。882、 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、毛細管（r在0.15?0.2mm）；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，當此壓力差附加壓力（厶卩二卩大氣-P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，其關系式為：AP=2y/R ④式中，AP為附加壓力；y為表面張力；R為氣泡的曲率半徑。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=2y/r ⑤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)椋簓=KAP最大 ⑥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、試劑儀器：最大泡壓法表面張力儀一套；洗耳球一個；移液管（50mL和ImL）各一只；燒杯（500mL）—只。試劑：正丁醇（分析純）；蒸餾水。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5?10個（數(shù)顯微壓差測量儀為5?10s）,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)，重復調(diào)節(jié)2次并記下相應的數(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先配好的正丁醇溶液的AP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、 實驗記錄與處理1、實驗數(shù)據(jù)的記錄室溫： 28.7°C 大氣壓力：99.68KPa恒溫槽溫度：30C Y（水）：71.18N/mmcmol.dm-3APAP ,最大1AP2最大2AP 3最大3AP4最大4水最大790.757917887917930.02749.57497567477460.04707.257087077077070.06666.256656666666680.08631.756316326326320.10597.255985985965970.12581.755835825815810.16538.55385395385390.20512.255125125125130.24482482482482482

cmol.dm-3YN/m(X10-3)d-^mol/m3x10-4dc「xl0-6mol*m-2c/rx107m-1水71.18——0.0267.47-167.181.3271.5080.0463.66-157.562.5011.6000.0659.97-147.963.5221.7040.0856.87-138.324.3901.8220.1053.76-128.705.1061.9580.1252.37-119.085.6692.1170.1648.47-99.846.3382.5240.2046.11-80.66.3953.1270.2443.39-61.365.8424.1072、計算K值“=KAp???K=y水/AP最大=0.07118/636.7=1.112xl0-4m根據(jù)K值得到一組Y值，以Y(N/m)--c(mol.m-3)作圖如下:根據(jù)上圖，可以得到Y(jié)-c的關系式為Y=2.41x10-7c2-1.768x10-4c+0.0714由此得到dY/dc=4.82x10-7c-11.768x10-4，其中c的單位為mol.m-3BPolynomialFitofDATA3B0.000.050.100.150.200.25c(mol/dm-30.000.050.100.150.200.25c(mol/dm-3)705O-X仏NY根據(jù)r=-（c/rt）*（dy/dc）便可求出不同濃度下的r和c/r，結(jié)果見上表。3、繪制r-c等溫線通過公式r=一（c/RT）/（dy/dc）就得一組r。以rxl0-6mol.m-2--c/（mol.m-3）

作圖如下：4、計算A』/rlBPolynomialFitofDATA1B0.00I0.05I ■ I ■0.100.15I0.20I0.25c(mol/dm3)從圖中得出：斜率1rg=1.1075x105即==9.029x10-6mol?m-20.000.050.100.150.200.25c(mol/dm3)0.000.050.100.150.200.25c(mol/dm3)505443o532o521所以，Am=1/(9.029x10-6x6.02x1023)=1.839x10-i9m2六、 結(jié)果與討論1、這次的實驗操作的步驟很簡單，就是實驗量比較大，數(shù)據(jù)比較容易產(chǎn)生誤差。從得到的c/r-c等溫線來看，得到的數(shù)據(jù)不是很理想，擬合出的直線不夠精確?？赡艿脑蛴校孩僖好鏇]有跟毛細管底部完全相切；②沒有等到氣泡穩(wěn)定了再讀數(shù)。2、 本實驗是通過測最大氣泡來測定溶液的表面張力，計算過程中巧妙地用求導的方法間接地來求出T-C的切線。所用的毛細管必須干凈，干燥，應保持垂直,其管口剛好與液面相切；讀取壓力計的壓差