實(shí)驗(yàn)二十四最大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力匯總

1、深圳大學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)（2）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱:學(xué)院專業(yè)指導(dǎo)教師:報(bào)告人：學(xué)號(hào)班級(jí)：實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2012.11.09實(shí)驗(yàn)報(bào)告提交時(shí)間：教務(wù)部制I、目的要求1、了解表面張力的性質(zhì)，表面、表面自由能的意義以及表面張力和吸附的關(guān)系。2、掌握用最大氣泡壓法測(cè)定表面張力的原理和技術(shù)。3、測(cè)定不同濃度正丁醇/水溶液的表面張力，計(jì)算表面吸附量和正丁醇分子的橫截面積。U、實(shí)驗(yàn)原理1、表面張力從熱力學(xué)觀點(diǎn)來(lái)看，液體表面縮小是一個(gè)自發(fā)過(guò)程，這是使體系總自由能減小的過(guò)程，欲使液體產(chǎn)生新的表面 A,就需對(duì)其做功，其大小應(yīng)與A成正比：W = A A（1）它表示液體表面自動(dòng)縮小趨勢(shì)的大小，c稱為比表面自由能，其

2、量綱為J m-2。因其量綱又可以寫(xiě)成N- m 1,所以b還可稱為表面張力。其物理意義是沿著與表面相切的方向垂直作用于表面單位長(zhǎng)度上的力。2、溶液的表面吸附根據(jù)能量最低原理，溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力時(shí)，表面層中溶質(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)系遵守吉布斯（Gibbs）吸附方程：匕）T式中：r為溶質(zhì)在氣一液界面上的吸附量（單位為mol - m-2）; T為熱力學(xué)溫度（K）; c為稀溶液濃度（mol - L-1 ）

3、; R為摩爾氣體常數(shù) 。當(dāng)（b）T 0時(shí)，r 0稱為正吸附；當(dāng)（J）t 0時(shí)，r 0稱為負(fù)吸附。上述形式僅適用于稀。 dcdc前者表明加入溶質(zhì)使液體表面張力下降，此類物質(zhì)叫表面活性物質(zhì)；后者表明加入溶質(zhì)使液體表面 張力升高，此類物質(zhì)叫非表面活性物質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)測(cè)定正吸附情況。3、飽和吸附量和溶質(zhì)分子的橫截面積在一定的溫度下，吸附量r與濃度c之間的關(guān)系，可用Langmuir吸附等溫式表示式中為飽和吸附量,Kc1 Kc(3)K為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)，其值與溶質(zhì)的表面活性大小有關(guān)。將上式兩邊取倒數(shù)，即可化成如下直線方程c 1 Kc1KK以c/ r對(duì)c作圖，得一直線，該直線的斜率為如果以N代表1m2表面上溶質(zhì)的分子數(shù)

4、，則有:其中：L為阿伏加德羅常數(shù)，由此可得每個(gè)溶質(zhì)分子在表面上所占據(jù)的橫截面積為：（6）1BL4、表面張力的測(cè)定方法一一最大泡壓法當(dāng)毛細(xì)管下端端面與被測(cè)液體液面相切時(shí)，液體沿毛細(xì)管上升。打開(kāi)抽氣瓶（滴液漏斗）的活塞緩緩放水抽氣，此時(shí)測(cè)定管中的壓力 Pr逐漸減小，毛細(xì)管中的大氣壓 P0就會(huì)將管內(nèi)液面壓至管口，并形 成氣泡。其曲率半徑恰好等于毛細(xì)管半徑 r時(shí)，根據(jù)拉普拉斯（Laplace ）公式，此時(shí)能承受的壓力差最 大：2P MAX P 彷 Prr其中r為毛細(xì)管的曲率半徑隨著放水抽氣，大氣壓力將把該氣泡壓出管口。曲率半徑再次增大，此時(shí)氣泡表面膜所能承受的壓 力差必然減少，而測(cè)定管中的壓力差卻在進(jìn)

5、一步加大，故立即導(dǎo)致氣泡的破裂。最大壓力差可通過(guò)數(shù)字 式微差測(cè)量?jī)x得到。用同一個(gè)毛細(xì)管分別測(cè)定具有不同表面張力（61和b 2）的溶液時(shí)，可得下列關(guān)系Pmax . 112K P MAX .1（ 8 ）Pmax .2其中：K稱為毛細(xì)管常數(shù)，可用已知表面張力的物質(zhì)來(lái)確定。川、實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)試劑儀器：表面張力測(cè)定裝置一套DP- A精密數(shù)字壓力計(jì)試劑：蒸餾水 H2O、洗耳球、滴管 、1000mL燒杯，100mL小燒杯0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.7 moldm-3 正丁醇水溶液W、實(shí)驗(yàn)操作步驟1、開(kāi)啟DP A精密數(shù)字壓力計(jì)的電源開(kāi)關(guān)，預(yù)熱5min。減壓瓶?jī)?nèi)注入水，開(kāi)啟減壓瓶上方的

6、旋塞使系統(tǒng)與大氣相通，按DP A精密數(shù)字壓力計(jì)的 采零”鍵，使讀數(shù)為零，然后再將減壓瓶上方的旋塞關(guān) 閉。2、測(cè)定管中注入蒸餾水，使管內(nèi)液面剛好與毛細(xì)管口相接觸，慢慢打開(kāi)抽氣瓶活塞排水，當(dāng)氣泡形成的速度保持穩(wěn)定時(shí)，記錄最大的壓強(qiáng)差，重復(fù)測(cè)量3遍，記錄。3、同上法，測(cè)量 0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.7 mol dm-3 正丁醇水溶液。4、實(shí)驗(yàn)結(jié)束，徹底洗凈測(cè)定管，注入蒸餾水到和毛細(xì)管相切位置。關(guān)閉儀器的電源。整理實(shí)驗(yàn)臺(tái)面。V、實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)溫度：29.4C實(shí)驗(yàn)大氣壓：101.59kPa濃度 / moldm-3水0.050.10.20.30.40.50.7 pkPa-

7、0.70-0.61-0.56-0.46-0.41-0.36-0.34-0.29 pkPa-0.69-0.60-0.56-0.46-0.41-0.36-0.34-0.29 pkPa-0.70-0.61-0.56-0.46-0.41-0.36-0.34-0.29 p平均/kPa-0.69-0.60-0.56-0.46-0.41-0.36-0.34-0.29(T /lON.m-17262.758.148.042.337.735.230.1切、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理如下所示:室溫 c29.4大氣壓Pa101150溶液濃度0.000.050.100.200.300.400.500.70Pmax1-0.

8、70-0.61-0.56-0.46-0.41-0.36-0.34-0.29Pmax2-0.69-0.60-0.56-0.46-0.41-0.36-0.34-0.29Pmax3-0.70-0.61-0.56-0.46-0.41-0.36-0.34-0.29 pmax-0.69-0.60-0.56-0.46-0.41-0.36-0.34-0.29廠1E3/Nm-17262.758.148.042.337.735.230.1Ln c-2.996-2.303-1.609-1.204-0.916-0.693-0.357(T / Nm-10.0720.06270.05810.04800.04230.037

9、70.03520.0301直線斜率-0.0771吸附量/molm-23.11E-051、計(jì)算K，值已知29C下，水的表面張力為 71.35mN/mPmax .1根據(jù) 12Pmax 2 K Pmax.1Pmax .2則 Kz = 71.35/690=0.1034N/(m- Pa)2、用Excel程序代入實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)，In c等溫線如下所示:由上所示，實(shí)驗(yàn)ln c 等溫線方程為y= 0.0771x + 2.0188, R2 = 0.9866,相關(guān)性相對(duì)比較大,c“ d 、RT(de )T實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比較可靠。即得實(shí)驗(yàn)的斜率為K二一0.0771，即代入實(shí)驗(yàn)原理的(2)方程，則得c/RT K,代入數(shù)據(jù)

10、得不同濃度的正丁醇的表面吸附量r為:溶液濃度(mol / L)0.050.100.200.300.400.500.70表面吸附量1.556X3.112X6.224X9.336X12.448X15.560X21.783X（mol 卅）10610610 610610610 6106%、實(shí)驗(yàn)問(wèn)題討論1、在測(cè)量中，如果抽氣速度過(guò)快，對(duì)測(cè)量結(jié)果有何影響 ？答：本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵在于控制抽氣速率，氣泡形成的速率應(yīng)保持穩(wěn)定，若抽氣速率過(guò)快，氣泡形成過(guò)快,使測(cè)量讀數(shù)偏高，影響測(cè)量結(jié)果。即氣泡逸出速度速度太快，氣泡的形成與逸出速度快而不穩(wěn)定；致使壓力計(jì)的讀數(shù)不穩(wěn)定，不易觀察出其最高點(diǎn)而起到較大的誤差。2、如果將毛細(xì)管

11、末端插入溶液內(nèi)部進(jìn)行測(cè)量行嗎？為什么？答：不行。如果那樣做就會(huì)在毛細(xì)管中產(chǎn)生一段水柱，產(chǎn)生壓力，則測(cè)定管中的壓力就會(huì)變大，使測(cè)量結(jié)果變大。即將毛細(xì)管末端插入到溶液內(nèi)部時(shí)，毛細(xì)管內(nèi)會(huì)有一段水柱，產(chǎn)生壓力p/，則測(cè)定管中的壓力Pr會(huì)變小， pmax會(huì)變大，測(cè)量結(jié)果偏大。3、本實(shí)驗(yàn)中為什么要讀取最大壓力差？答：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(kāi)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)曲率半徑R和毛細(xì)管半徑r相等，曲率半徑達(dá)最小值，根據(jù)拉普拉斯(Laplace)公式，此時(shí)能承受的壓力差為最大：pmax = p0 - pr

12、= 2 r / 丫。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。最大壓力差可通過(guò)數(shù)字式微壓差測(cè)量?jī)x得到。4、表面張力儀(玻璃器皿)的清潔與否和溫度的不穩(wěn)定對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)有何影響？答：儀器系統(tǒng)的氣密性，測(cè)定用的毛細(xì)管是否干凈，實(shí)驗(yàn)中氣泡是否平穩(wěn)流過(guò)等都對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有一定影響，表面張力儀有一定的常數(shù)，清潔與否直接導(dǎo)致常數(shù)的改變，溫度不同，液體的表面張力不同，測(cè)出的數(shù)據(jù)也有偏差，而溫度越高，儀器常數(shù)就越小，這些都影響數(shù)據(jù)的測(cè)定。毗、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1、抽氣瓶放水的速率不能過(guò)快，抽氣瓶中的蒸餾水小于一半時(shí)應(yīng)將燒杯中的水注入抽氣瓶中。2、測(cè)定管潤(rùn)洗時(shí)彎管口中不能進(jìn)水。3、加入待測(cè)液時(shí)應(yīng)從測(cè)定管的彎管口對(duì)側(cè)加入，并且盡量不要使待測(cè)液進(jìn)入到彎管里面。4、測(cè)定管和毛細(xì)管在進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候應(yīng)該垂直向下。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：本次實(shí)驗(yàn)利用表面張力的性質(zhì)，用最大泡壓法測(cè)定不同濃度下正丁醇溶液的表面張 力以及其表面吸附量，實(shí)驗(yàn)得到In c等溫線方程為y= 0.0771X + 2.0188,R2= 0.9866, 相關(guān)性相對(duì)比較大，實(shí)驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比較可靠，