最大氣泡壓力法測(cè)定溶液表面張力

1、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)2010-04-12T=286.15KP=85.02kPa、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? .掌握最大氣泡法測(cè)定溶液表面張力的原理和方法2 .測(cè)水溶液的表面張力并計(jì)算定不同濃度正丁醇計(jì)算吸附量3 .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、實(shí)驗(yàn)原理處于溶液表面的分子，受到不平衡的分子間力的作 用而具有表面張力 s.氣泡最大壓力法測(cè)定表面張力裝置見(jiàn)實(shí)物；實(shí) 驗(yàn)中通過(guò)滴水瓶滴水抽氣使得體系壓力下降，大氣壓與 體系壓力差 p逐漸把毛細(xì)管中的液面壓至管口，形成 氣泡。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

2、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)拉普拉斯公式得：附加壓力達(dá)最大 值A(chǔ)Pmax = dr min。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。加入表面活性物質(zhì)時(shí)溶液的表面張力會(huì)下降，溶質(zhì)在表面的濃度大于其在本體的濃度，此現(xiàn)象稱為表面吸附現(xiàn)象；單位溶液表面積上溶質(zhì)的過(guò)剩量稱為表面吸附量r, r=-（c/RT）*（ dddc）.c之間的關(guān)系符合朗格對(duì)可形成單分子層吸附的表面活性物質(zhì)，溶液的表面吸附量r與溶液本體濃度 謬爾吸附等溫式：1=4*kc/1+kc朗格謬爾吸附等溫式的線性形式為：c/ i=c/ r+1/ka為飽和吸附時(shí)，單位溶

3、液表面積上吸附的溶質(zhì)的物質(zhì)的量，則每個(gè)溶質(zhì)分子在溶液表面上的吸附截面積為：Am=1/（N A* ?。┤x器與試劑恒溫槽裝置；數(shù)字式微壓差計(jì)；抽氣瓶l個(gè)；表面張力測(cè)定儀燒杯（1000mL ）; T形管1個(gè)；電導(dǎo)水；正丁醇（A.R.）及其不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液；四、實(shí)驗(yàn)步驟1 .儀器常數(shù)的測(cè)定將表面張力測(cè)定儀清洗干凈；在干凈的表面張力測(cè)定儀中裝入電導(dǎo)水，使毛細(xì)管上端塞子塞緊時(shí)，毛 細(xì)管剛好與液面垂直相切；抽氣瓶裝滿水，連接好后旋開(kāi)下端活塞使水緩慢滴出；控制流速使氣泡從毛細(xì) 管平穩(wěn)脫出（每個(gè)氣泡 4-6秒），記錄氣泡脫出瞬間數(shù)字微壓差計(jì)的最大數(shù)值，取三次并求平均值。2 .測(cè)定正丁醇溶液的表面張力用同樣

4、的方法測(cè)定不同濃度的正丁醇溶液的最大壓差，由稀到濃依次測(cè)定；每個(gè)濃度的溶液測(cè)量前，表面張力測(cè)定儀和毛細(xì)管一起用該溶液蕩洗二至三次；每份溶液恒溫至少3-5min之后，開(kāi)始讀數(shù)。3 .重復(fù)測(cè)定電導(dǎo)水的數(shù)據(jù)。注意事項(xiàng)：儀器系統(tǒng)不能漏氣；測(cè)定用的毛細(xì)管一定要洗干凈，否則氣泡可能不能連續(xù)穩(wěn)定的流過(guò),而使壓差計(jì)讀數(shù)不穩(wěn)定，如發(fā)生此種現(xiàn)象，毛細(xì)管應(yīng)重洗；毛細(xì)管端口一定要?jiǎng)偤么怪鼻腥胍好?，不能離 開(kāi)液面，但亦不可深插；在數(shù)字式微壓差測(cè)量?jī)x上，應(yīng)讀出氣泡單個(gè)逸出是的最大壓力差；正丁醇溶液要 準(zhǔn)確配置，使用過(guò)程防止揮發(fā)損失；從毛細(xì)管口脫出氣泡每次應(yīng)為一個(gè)，即間斷脫出；表面張力和溫度有關(guān)，因此要等溶液恒溫后再測(cè)量。

5、五、實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)處理恒溫槽溫度 298.25K樣品電導(dǎo)水102550100150200250最 大 壓 力 差 /Pa152095001485644563991363834303205252095001485644564007365434303205351934969484044564007363834143205平 均52044990485144564002364334253205(T/N*m -171.97e-30.06900.06710.06160.05530.05040.04740.0443r/mol*m -29.70189E-072E-063.11E-064.29E-064.91E

6、-065.3E-065.56E-069.70189E-071 .查室溫下水的表面張力s( H2O )(25 C、(tH2Q =71.97dyn/cm = 71.97mN/m )計(jì)算儀器常數(shù)k= APmax =71.97e-3/5204=1.38297e-5mr=6.915e-6m2 .利用計(jì)算機(jī)作sc圖，擬合曲線方程：0.075-10.070 _0.065)0.060 -1 -mN 0.055 -(TT0.0500.045-Equationy=a+b*ln(1+c*x)Adj. R-Square0.99753ValueStandard ErrorParametera0.072034.28753

7、E-4b-0.017150.00163c16.308913.148360.040-1r-0.000.050.100.150.200.25C (mol*L -1)3 .求導(dǎo)得到d s /dc代入吉布斯方程可計(jì)算溶液表面吸附量r ；y=a+b*ln(1+c*x)a=0.07203 b=-0.01715 c=0.00315d(r/dc= dy/dx=bc/(1+c*x)= -0.01715*0.01631/(1+0.01631*x)I=-(c/RT)*( do/dc)8= 1/A.計(jì)算出橫截面積 A:4 .再利用計(jì)算機(jī)作c/ rc圖，擬合直線方程，由直線斜率可得飽和吸附量rAm=1/(L* &)=

8、2.24e-19m 2六、思考題1 .本實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確與否關(guān)鍵決定于哪些因素？?jī)x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)；毛細(xì)管端口一定要?jiǎng)偤么?直切入液面，不能離開(kāi)液面，但亦不可深插(1mm的水柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)約是 10pa);從毛細(xì)管口脫出氣泡每次應(yīng)為一個(gè)，即間斷脫出；表面張力和溫度有關(guān)，要等溶液恒溫后再測(cè)量。2 .毛細(xì)管內(nèi)徑均勻與否對(duì)結(jié)果有無(wú)影響？PsdV= odAsdAs=8 TtRdRdV=4 TtR2dR Ps=2 HR 曲率半徑愈小，受到的附加壓力愈大，曲率半徑等于毛細(xì)管口半徑時(shí)，附加壓力最大，再測(cè)定的時(shí)毛細(xì)作用中吸入的液體的量與內(nèi)徑均勻程度有關(guān)， 所以有影響。

9、3 .氣泡如出的很快或連續(xù) 3-4個(gè)一齊出，對(duì)結(jié)果各有什么影響？毛細(xì)管尖端為何要?jiǎng)偤媒佑|液面？氣泡出的很快，壓強(qiáng)變化過(guò)快，壓差計(jì)將不能很好的響應(yīng)壓強(qiáng)的變化；氣泡連續(xù)出會(huì)導(dǎo)致壓差計(jì)讀數(shù) 不穩(wěn)定。離開(kāi)液面將不會(huì)有氣泡產(chǎn)生，4 .本實(shí)驗(yàn)s-c圖形應(yīng)該是一怎樣的圖形？將所得的結(jié)果與手冊(cè)上查到結(jié)果進(jìn)行比較試分析產(chǎn)生誤差 的原因。sc圖形應(yīng)該是一條曲線，物質(zhì)不同曲線不同從毛細(xì)管口脫出氣泡每次應(yīng)為一個(gè)，控制的不是很好，測(cè)出的數(shù)據(jù)有16pa的偏差。七、實(shí)驗(yàn)討論1 .如果液面是彎曲，其表面的作用力不是水平的，將有一個(gè)合力，當(dāng)液面為凸時(shí)，合力指向液體內(nèi)部， 當(dāng)液面為凹時(shí)，合力指向液體外部，這就是附加壓力的來(lái)源。由于附加壓力而引起的液面與管外液面有高 度差的現(xiàn)象稱為毛細(xì)管現(xiàn)象。2 .毛細(xì)管清潔處理應(yīng)特別的予以重視，熱風(fēng)吹干及電爐烘烤的辦法應(yīng)當(dāng)避免，蕩洗是好辦法，但應(yīng)盡量徹底。毛細(xì)管內(nèi)部可借助洗耳球，但必須細(xì)心，不應(yīng)使液體進(jìn)入洗耳球內(nèi)。在實(shí)驗(yàn)中，按濃度從小到大的順序測(cè)定，降低不同濃度溶液之間的影響。3 .測(cè)定液體表面張力除氣泡的最大壓力法外，常用的還有毛細(xì)管上升法、滴重法等。4 . i0正吸附，r0負(fù)吸附，r=o