最大氣泡壓力法測定溶液表面張力

1、物理化學實驗 最大氣泡壓力法測定溶液表面張力 C210 2010-04-12T=286.15K P=85.02kPa一、實驗?zāi)康?.掌握最大氣泡法測定溶液表面張力的原理和方法2.測水溶液的表面張力并計算定不同濃度正丁醇計算吸附量3.加深對表面張力、表面自由能、表面張力和吸附量關(guān)系的理解二、實驗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.氣泡最大壓力法測定表面張力裝置見實物；實驗中通過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逐漸把毛細管中的液面壓至管口，形成氣泡。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

2、;隨著氣泡的形成，曲率半徑逐漸變小，直到形成半球形，這時曲率半徑R和毛細管半徑r相等，曲率半徑達最小值，根據(jù)拉普拉斯公式得:附加壓力達最大值Pmax=/rmin。氣泡進一步長大，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 溶液的表面張力會下降,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)的過剩量稱為表面吸附量, =-(c/RT)*( d/dc).對可形成單分子層吸附的表面活性物質(zhì)，溶液的表面吸附量與溶液本體濃度c之間的關(guān)系符合朗格謬爾吸附等溫式: =*kc/1+kc朗格謬爾吸附等溫式的線性形式為: c/=c/+1/k為飽和吸附時,單位溶液表面積

3、上吸附的溶質(zhì)的物質(zhì)的量，則每個溶質(zhì)分子在溶液表面上的吸附截面積為:Am=1/(NA*)三、儀器與試劑恒溫槽裝置； 數(shù)字式微壓差計；抽氣瓶l個； 表面張力測定儀燒杯（1000mL）； T形管1個；電導(dǎo)水；正丁醇（A.R.）及其不同濃度的標準溶液；四、實驗步驟1儀器常數(shù)的測定將表面張力測定儀清洗干凈；在干凈的表面張力測定儀中裝入電導(dǎo)水，使毛細管上端塞子塞緊時，毛細管剛好與液面垂直相切；抽氣瓶裝滿水，連接好后旋開下端活塞使水緩慢滴出；控制流速使氣泡從毛細管平穩(wěn)脫出（每個氣泡4-6秒），記錄氣泡脫出瞬間數(shù)字微壓差計的最大數(shù)值，取三次并求平均值。2.測定正丁醇溶液的表面張力用同樣的方法測定不同濃度的正丁

4、醇溶液的最大壓差，由稀到濃依次測定；每個濃度的溶液測量前，表面張力測定儀和毛細管一起用該溶液蕩洗二至三次；每份溶液恒溫至少35min之后，開始讀數(shù)。3. 重復(fù)測定電導(dǎo)水的數(shù)據(jù)。注意事項: 儀器系統(tǒng)不能漏氣； 測定用的毛細管一定要洗干凈，否則氣泡可能不能連續(xù)穩(wěn)定的流過，而使壓差計讀數(shù)不穩(wěn)定，如發(fā)生此種現(xiàn)象，毛細管應(yīng)重洗；毛細管端口一定要剛好垂直切入液面，不能離開液面，但亦不可深插；在數(shù)字式微壓差測量儀上，應(yīng)讀出氣泡單個逸出是的最大壓力差；正丁醇溶液要準確配置，使用過程防止揮發(fā)損失；從毛細管口脫出氣泡每次應(yīng)為一個，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量。五、實驗記錄及數(shù)據(jù)處理 恒

5、溫槽溫度298.25K1. 查室溫下水的表面張力 s( H2O ) (25、H2O =71.97dyn/cm = 71.97mN/m) 計算儀器常數(shù)： k=/Pmax=71.97e-3/5204=1.38297e-5m r=6.915e-6m 2. 利用計算機作sc圖，擬合曲線方程:0.0750.0700.0650.0600.0550.0500.0450.040 (N*m)-1-1C (mol*L)3.求導(dǎo)得到d s /dc代入吉布斯方程可計算溶液表面吸附量； y=a+b*ln(1+c*x)a=0.07203 b=-0.01715 c=0.00315d/dc= dy/dx=bc/(1+c*x)

6、= -0.01715*0.01631/(1+0.01631*x) =-(c/RT)*( d/dc)4.再利用計算機作 c/圖，擬合直線方程，由直線斜率可得飽和吸附量= 1/A.計算出橫截面積 A:-2=6.9186 e-6 mol*mAm=1/(L*)= 2.24e-19m2六、思考題1.本實驗結(jié)果的準確與否關(guān)鍵決定于哪些因素？儀器系統(tǒng)的氣密性；測定用的毛細管是否干凈，實驗中氣泡是否平穩(wěn)流過；毛細管端口一定要剛好垂直切入液面，不能離開液面，但亦不可深插(1mm的水柱產(chǎn)生的壓強約是10pa)；從毛細管口脫出氣泡每次應(yīng)為一個，即間斷脫出；表面張力和溫度有關(guān)，要等溶液恒溫后再測量。2.毛細管內(nèi)徑均勻

7、與否對結(jié)果有無影響？PsdV=dAs dAs=8RdR dV=4R2dR Ps=2/R 曲率半徑愈小，受到的附加壓力愈大，曲率半徑等于毛細管口半徑時，附加壓力最大，再測定的時毛細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。3.氣泡如出的很快或連續(xù)34個一齊出，對結(jié)果各有什么影響？毛細管尖端為何要剛好接觸液面？ 氣泡出的很快，壓強變化過快，壓差計將不能很好的響應(yīng)壓強的變化；氣泡連續(xù)出會導(dǎo)致壓差計讀數(shù)不穩(wěn)定。離開液面將不會有氣泡產(chǎn)生，4.本實驗 sc圖形應(yīng)該是一怎樣的圖形？將所得的結(jié)果與手冊上查到結(jié)果進行比較試分析產(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管口脫出氣泡每

8、次應(yīng)為一個，控制的不是很好，測出的數(shù)據(jù)有16pa的偏差。七、實驗討論1.如果液面是彎曲，其表面的作用力不是水平的，將有一個合力，當液面為凸時，合力指向液體內(nèi)部，當液面為凹時，合力指向液體外部，這就是附加壓力的來源。由于附加壓力而引起的液面與管外液面有高度差的現(xiàn)象稱為毛細管現(xiàn)象。2.毛細管清潔處理應(yīng)特別的予以重視，熱風吹干及電爐烘烤的辦法應(yīng)當避免，蕩洗是好辦法，但應(yīng)盡量徹底。毛細管內(nèi)部可借助洗耳球，但必須細心，不應(yīng)使液體進入洗耳球內(nèi)。在實驗中，按濃度從小到大的順序測定，降低不同濃度溶液之間的影響。3. 測定液體表面張力除氣泡的最大壓力法外，常用的還有毛細管上升法、滴重法等。4. >0 正吸附，<0 負吸附，=0 無吸附作用，5.數(shù)據(jù)處理用不同的軟件，得到