最大氣泡壓力法測(cè)定溶液的表面張力

寧波工程學(xué)院物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告專業(yè)班級(jí)化工112姓名姚志杰序號(hào)11402010235同組姓名田飛成金鵬指導(dǎo)老師付志強(qiáng)姚利輝實(shí)驗(yàn)日期2013、5、27實(shí)驗(yàn)名稱 實(shí)驗(yàn)七最大氣泡壓力法測(cè)定溶液的表面張力一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握最大氣泡壓力法測(cè)定表面張力的原理和技術(shù)。2．通過對(duì)不同濃度乙醇溶液表面張力的測(cè)定，加深對(duì)表面張力、表面自由能、表面張力和表面吸附量的理解。二、 實(shí)驗(yàn)原理1、 在一定溫度下純液體的表面張力為定值，當(dāng)加入溶質(zhì)形成溶液時(shí)，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(shí)，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(shí)，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(guān)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(dá)到平衡時(shí)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(shí)的mc/r=(1+Kc)/(rk)=c/r+i/rk③以c/r對(duì)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(shí)驗(yàn)用氣泡最大壓力法測(cè)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(cè)量表面張力的裝置示意圖1、恒溫套管；2、毛細(xì)管（r在0.15?0.2mm）；3、U型壓力計(jì)（內(nèi)裝水）；4、分液漏斗；5、吸濾瓶；6、連接橡皮管。將待測(cè)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(gè)比A瓶中液面上大的壓力，當(dāng)此壓力差附加壓力（厶卩二卩大氣-P系統(tǒng)）在毛細(xì)管端面上產(chǎn)生的作用力稍大于毛細(xì)管液體的表面張力時(shí)，氣泡就從毛細(xì)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=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(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(shí)，表面幾乎是平的，這時(shí)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(shí)的曲率半徑R和毛細(xì)管的半徑r相等，曲率半徑最小值，根據(jù)上式這時(shí)附加壓力達(dá)最大值。氣泡進(jìn)一步長(zhǎng)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(shí)的最大附加壓力為：AP最大=2y/r ⑤實(shí)際測(cè)量時(shí)，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(jìn)行計(jì)算。當(dāng)將其它參數(shù)合并為常數(shù)K時(shí)，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(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)得。三、 實(shí)驗(yàn)儀器、試劑儀器：最大泡壓法表面張力儀一套；洗耳球一個(gè)；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(shí)驗(yàn)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(cè)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5?10個(gè)（數(shù)顯微壓差測(cè)量?jī)x為5?10s）,當(dāng)氣泡剛脫離管端的一瞬間，壓力計(jì)中液位差達(dá)到最大值，當(dāng)顯示的最大值比較穩(wěn)定時(shí)，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(cè)查出實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)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(cè)定在上述體系中，按濃度從高到低的順序依次測(cè)定預(yù)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(rùn)洗2次，再按2方法測(cè)定。五、 實(shí)驗(yàn)記錄與處理1、實(shí)驗(yàn)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(jì)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(guān)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(jì)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(shí)驗(yàn)操作的步驟很簡(jiǎn)單，就是實(shí)驗(yàn)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(xì)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(shí)驗(yàn)是通過測(cè)最大氣泡來測(cè)定溶液的表面張力，計(jì)算過程中巧妙地用求導(dǎo)的方法間接地來求出T-C的切線。所用的毛細(xì)管必須干凈，干燥，應(yīng)保持垂直,其管口剛好與液面相切；讀取壓力計(jì)的壓差