物化-最大氣泡壓力法測(cè)定溶液的表面張力

1、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) 姓名 序號(hào)實(shí)驗(yàn)日期同組姓名指導(dǎo)老師實(shí)驗(yàn)名稱最大氣泡壓力法測(cè)定溶液的表面張力、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(guò)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 吸附量關(guān)系的理解。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

2、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：.C dRT de式中，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)的濃度。根據(jù)朗格謬爾（Langmuir）公式：Ke1 Ke為飽和吸附量，即表面被吸附物鋪滿一層分子時(shí)的。cl KeelKK以c /對(duì)c作圖，則圖中該直線斜率為1/8。由所得的8代入Am可求被吸附分子的截面積（L為阿伏伽德羅常數(shù)）。2、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（在0.15-0.2mm） ； 3、U型壓力計(jì)（

3、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(kāi)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（AP二P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：2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(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

4、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二r時(shí)的最大附加壓力為：2pmaxr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)椋簃ax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1、儀器：最大泡壓法表面張力儀1套，洗耳球1個(gè)，移液管（50mL和10mL）各一支，燒 杯（500mL）o2、藥品：正丁醇（分析純），烝f留水。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、儀器的準(zhǔn)備與檢漏將表面張力

5、儀容器和毛細(xì)管先用洗液洗凈，再順次用自來(lái)水和蒸鐳水漂洗，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 逸岀,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厶p最大值，每次置換溶液前都先用溶液潤(rùn)洗2次，再按2步驟測(cè)定。五、數(shù)據(jù)記錄與處

6、理實(shí)驗(yàn)溫度：22.8 C ；恒溫槽溫度：30.00 C ；大氣壓力：100.62 KPa ； Y水：71.18 mN /m儀器 常數(shù)K的測(cè)定Api p2Ap3 p水Y水K= y/Ap61161261061171.180.1165 p正丁醇的測(cè)定c /(mol/L)0.020.040.060.080.100.120.160.200.24Api584550533495470462429400367 p2584547531496472462429399367 p3584548531496470458427401368 p正丁醇584548.3531.7495.7470.7460.7428.34003

7、67.3y正丁醇 /(mN/m)68.0463.8861.9457.7554.8453.6749.9046.6042.792囹甲冊(cè)找旳Y -C旳近似萬(wàn)桂為 70.97796 - 177.3408c 259.99958c 2 519.99916c J77.3408 （其中 c 的單位為 mol/L , y 的單位為 mN/m。） deRT decrc/r0.020.00132515.09750.040.00248416.100520.060.00347917.24630.080.00430918.567650.10.00497320.108280.120.00547321.92770.160.0

8、0597626.772510.20.0058234.365360.240.00500347.96995m3/mol ；1X Axis Title- c圖X Axis Titlec/r - c圖圖中直線的斜率k為137.5785X103-6 32.285 10-19m23 7.2686 10-mol /rrv 137.5785 16L 7.2686 10-61 6.02 1023六、注意事項(xiàng)1、儀器系統(tǒng)不能漏氣；2、所用毛細(xì)管必須干凈、干燥，應(yīng)保持垂直，其管口剛好與液面相切；3、讀取壓力計(jì)的壓差時(shí)，應(yīng)取單個(gè)逸出時(shí)的最大壓力差。七、結(jié)果與討論在/c-c圖中，前面部分呈現(xiàn)較好的正比線性關(guān)系，后面部分

9、與前面部分 相差較大，可能是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中更換正丁醇溶液時(shí)未能完全潤(rùn)洗造成溶液濃度有差異。八、思考題1、毛細(xì)管尖端為何必須調(diào)節(jié)得恰與液面相切？否則對(duì)實(shí)驗(yàn)有何影響？答：如果將毛細(xì)管末端插入到溶液內(nèi)部，毛細(xì)管內(nèi)會(huì)有一段水柱，產(chǎn)生壓力P 7 ,則測(cè)定管中的壓力Pr會(huì)變小，p會(huì)變大，測(cè)量結(jié)果偏大。2、最大氣泡法測(cè)定表面張力 時(shí)為什么要讀取最大壓力差？如果氣泡逸出的很快，幾個(gè)氣泡一齊出，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有無(wú)影響？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(L