實(shí)驗(yàn)十一最大氣泡法測(cè)定溶液的表面張力報(bào)告

1、11.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)最大氣泡法測(cè)定溶液的表面張力11.1.1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；11.1.2 了解表面張力的性質(zhì)，表面自由能的意義以及表面張力和吸附的關(guān)系;11.1.3掌握用最大泡壓法測(cè)定表面張力的原理和技術(shù)。11.2實(shí)驗(yàn)原理11.2.1表面自由能物體表面分子和內(nèi)部分子所處的境遇不同，表面分子受到向內(nèi)的拉力，所以液體表面都有自動(dòng)縮小趨勢(shì)。如果把一個(gè)分子由內(nèi)部遷移到表面，就需要對(duì)抗拉力而做功。在溫度、壓力和組成恒定時(shí)，可逆地使表面增加dA所需做的功，叫表面功，可表示為:-SW = odA(11.1)式中，o為比例常數(shù)(7在數(shù)值上等于當(dāng)T、P和

2、組成恒定的條件下增加單位表面積時(shí)所必須對(duì)體系做的可逆非膨脹功，也可以說(shuō)是每增加單位表面積時(shí)體系自由能的增加值。環(huán)境對(duì)體系作的表面功轉(zhuǎn)變?yōu)楸砻鎸臃肿颖葍?nèi)部分子多余的自由能。因此，o稱(chēng)為表面自由能，其單位是J m-2。若把o看作為作用于每單位長(zhǎng)度邊緣上的力，通常稱(chēng)為表面張力。從另外一方面考慮表面現(xiàn)象，特別是觀察氣液界面的一些現(xiàn)象，可以覺(jué)察到-1。N m表面上處處存在著一種張力，它力圖縮小表面積，此力稱(chēng)為表面張力，其單位是 表面張力是液體的搬弄是重要特性之一。與所處的溫度、壓力、濃度以及共存的另一相的組成有關(guān)。純液體的表面張力通常是指該液體與飽和了其本身蒸 氣的空氣共存的情況而言。11.2.2溶液的

3、表面吸附純液體表面層的組成與內(nèi)部組成層相同，因此，液體降低體系表面自由能的唯一途徑是盡可能縮小其表面積。對(duì)于溶液則由于溶質(zhì)會(huì)影響表面張力，因此可 以調(diào)節(jié)溶質(zhì)在表面的濃度來(lái)降低表面自由能。根據(jù)能量最低原則，溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力時(shí)，表面層中溶質(zhì)的濃度應(yīng)比溶液的內(nèi)部來(lái)得大；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)部的濃度來(lái)得低，這種表面濃度與溶液內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象叫做溶液的表面吸附。從熱力學(xué)方法可知它們之間的關(guān)系遵守Gibbs吸附方程:式中:C c r =RT c c T(11.2)r 表面吸附量(mol m-2 )（溶液表面張力（N m-1）T 熱力學(xué)溫度（K）C 溶液濃度(m

4、ol m-3)氣體常數(shù)(8.3145J. K-1. mol-1)。以表面張力 a對(duì)溶液濃度C作圖，可得到（7C曲線，在 aC曲線上任選點(diǎn)I作切線，即可得該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)濃度Ci的斜率（d（/dci）T，可求得不同濃度下的和得出r C的關(guān)系圖。在一定的溫度下，吸附量與溶液濃度之間的關(guān)系由Langmuir等溫式表示:Kcr r式中：1 Kc-2 ) Po 表面飽和吸附量 (mol m(11.3)K 經(jīng)驗(yàn)常數(shù)（與溶質(zhì)的表面活性大小有關(guān) 將（11.3）式轉(zhuǎn)化成直線方程為：C C 1(11.4)r rK r若以C/ rc作圖可得一直線，由直線斜率可求出roo假若在飽和吸附的情況下，在氣液界面上鋪滿一單分子層，

5、則可應(yīng)用下式求得被測(cè)物質(zhì)的分子橫截面積So:1(11.5)23mol-1)o式中為阿佛加德羅常數(shù)(6.022 X 10N11.3最大泡壓法2將被測(cè)液體裝于測(cè)定管中，使玻璃管下端毛細(xì)管端面與液面相切，液面沿毛細(xì)管上升。打開(kāi)分液漏斗的活塞，使水緩慢下滴而減少系統(tǒng)壓力。這樣毛細(xì)管內(nèi) 液面受到一比試管中液面上大的壓力，當(dāng)此壓力差在毛細(xì)管端面上產(chǎn)生的作用力 大于毛細(xì)管口液體的表面張力時(shí)，氣泡就從毛細(xì)管口逸出，這一最大壓力差可由數(shù)字式微壓差測(cè)量?jī)x讀出。其關(guān)系式為:2pmax。nPmax= P大氣-P系統(tǒng)=R如果毛細(xì)管半徑為r,（11.6）氣泡由毛細(xì)管口逸出時(shí)受到向下的總壓力為氣泡在毛細(xì)管受到的表面張力3的

6、作用力為JT出時(shí)，上述兩力相等，即：、2 _Pm ax= n2 P =(70A2（7。剛發(fā)生氣泡自毛細(xì)管逸(11.7)(11.8)蘆r PJl-1最丈氣泡法測(cè)定表面張力的裝置若用同一根毛細(xì)管，對(duì)兩種具有表面張力為式讖壓差和 2嚨的液嗣言，則有下列關(guān)系: 芾百丈昔的試昔；&毛細(xì)管P 2 = K P11:15= (2 P1/(11.9)式中K為儀器常數(shù)。11.4實(shí)驗(yàn)儀器和試劑恒溫裝置帶有支管的試管 （附木塞）毛細(xì)管（半徑為0.150.02mm）容量瓶(50mL) A A A數(shù)字式微壓差測(cè)量?jī)x3洗耳球移液管滴管正丁醇（分析純）11.5實(shí)驗(yàn)步驟11.1.4將儀器洗滌干凈并按圖n -11-1裝置。對(duì)需干

7、燥的儀器作干燥處理。11.1.5調(diào)節(jié)恒溫為30 C。0.02、0.05、0.10、0.15、11.1.6正丁醇溶液配制：分別準(zhǔn)確配制311.2.3mol.d正丁醇溶液各100mL（注：純正丁醇的加入量分別為: m0.20、0.25、0.30、0.1482、0.3706、0.7412、1.1118、1.4812、1.8530、2.2236、2.5942g，加水至近100mL ,在 30 C 恒溫15min，用30 C恒溫的蒸餾水加至100.00mL刻度）。11.1.7儀器常數(shù)測(cè)定：先以蒸餾水作為待測(cè)液測(cè)定其儀器常數(shù)。方法是在測(cè)定管中注入蒸餾水，將干燥的毛細(xì)管垂直地插到使毛細(xì)管的端點(diǎn)剛好與水面相切

8、，置于恒溫水浴內(nèi)恒溫 10min。注意使毛細(xì)管保持垂直并注意液面位置，然后按圖n -11-1接好系統(tǒng)。打開(kāi)滴液漏斗，控制滴液速度，使毛細(xì)管逸出的氣泡速度約為5s10s1個(gè)。在毛細(xì)管口氣泡逸出的瞬間最大壓差約在700Pa800Pa左右（否則需調(diào)換毛細(xì)通過(guò)手冊(cè)查出實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)水的表面張力，利用公式（11.9），求出儀器常數(shù)K。加入適量樣品于11.1.8待測(cè)樣品表面張力的測(cè)定，用待測(cè)溶液洗凈試管和毛細(xì)管， 試管中，按照儀器常數(shù)測(cè)定的方法，測(cè)定已知濃度的待測(cè)樣品的壓力差 入公式（11.9）計(jì)算其表面張力。11.5實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)11.5.1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)定地流過(guò)，而使壓

9、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。11.5.2毛細(xì)管一定要保持垂直，管口剛好與液面相切。應(yīng)讀出氣泡單個(gè)逸出時(shí)的11.5.3氣泡形成速度應(yīng)穩(wěn)定；在數(shù)字式微壓差測(cè)量?jī)x上， 最大壓力差。11.6數(shù)據(jù)記錄及處理（一）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)11.6正丁醇溶液的配制表1.正丁醇溶液的配制室溫 25.00C；實(shí)驗(yàn)溫度30.00 C；大氣壓 96.18 kPa#2#3#c cccc4#c 廠cccA ccc-5#A f-CCrc ccc8# 100mC f-CCl容量瓶c ccc10 f-CCV止醇/mi0.20000.50001.0001.5002.0002.5003.0003.500c 正丁醇=p 正丁醇

10、V正丁醇/M3) /mol dm 3, M 正丁醇=74.12g molp-3正丁醇 /(100 X10止丁醇=0.8098g ?dmc ,-30.021850.054630.10930.16390.21850.27310.32780.3824止醇11.7儀器常數(shù)的測(cè)定待測(cè)物質(zhì)表2.儀器常數(shù)的測(cè)定室溫 25.00； 實(shí)驗(yàn)溫-30.00C ； 大氣壓AphO /Pa96.18kPa1-29.4529 氷0-5 H 22O69平均值1692692CT-1/N m儀器常數(shù)K-1-1/N m Pa69?7.118 10-1-1）計(jì)算公式:AK= (H2O/ pH2O (N m Pa11.8正丁醇溶液表

11、面張力的測(cè)定11.9作（c圖，求出曲線上不同濃度c點(diǎn)處的（? T?c）t,p，并計(jì)算相應(yīng)濃度的1N(T11.1011.1.111.2.50.741411.811.5.5(T2 =0.06769-0.1362c+0.15426 c050100150200250300350400-3c/mol m圖1. Tc關(guān)系曲線圖-4c+1.54201 10-7c2(N?m 曲線擬合方程：產(chǎn) 0.06769-1.3621210(? T?c)t,p=- 1.36212 10-4+2 X1.54201 10e ；大氣壓r-2/ molm2.40 0蟲(chóng)96.18 kPac/r-1/m2.09 107150.00.0

12、50739.00-5X05.3510-62.8010/200.00.046627.45-5X05.9110-63.38107250.00.043275.91-5X05.8610-64.26107-55.20 10-65.77 107 300.00.040704.37102.39 X07382.50.055614.18 10-6-510.5 10圖2. cl Pc關(guān)系直線圖65m2 mol-1, r-6 m-2 mol-1 直線斜率 k= 1/= 1.729 X10-= 5.784 X 1011.11求乙醇分子的橫截面積So。7S0=1/L E=1.729 X 105/(6.022 X 1023

13、)=0.287 X 10-18m2=0.287 nm 2（二）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)11.1.11乙醇溶液的配制c表1.乙醇溶液的配制室溫 25.00c ；實(shí)驗(yàn)F溫度350.00 C ；大氣壓96.18kPa卡2#4#5#.16#-7#-8#容量L瓶編號(hào)1m 乙醇 /g4.28878.914811.18418.02624.39630.18534.96544.389c乙醇=m乙醇/M乙醇/(100-3X 10)/-3 fmol dmM乙醇=!46.08g .-1mol乙醇-30.93091.93512.42763.91275.29546.55207.58959.6351/mol dm11.1.12儀器常數(shù)的測(cè)

14、定1室溫 25.00A表2.儀器常數(shù)的測(cè)定kPaC ；實(shí)驗(yàn)溫度30.0(- 1）C;大氣壓96.18待測(cè)物質(zhì)PHeO /Pa儀器常數(shù)K-1 -1/N m Pa-12平均值/N mHbO1038103810381038-27.118 X0-511.2.6 X 10-111.1.1-1）計(jì)算公式:K=O 7X口、/芬M、/后一rtrt P上力的測(cè)1定3乙醇溶液表面張氏力的測(cè)疋*-FT*、.、，、 .、.卜表3.乙醇溶液表乏面張力的測(cè)疋E室溫,?500實(shí)驗(yàn)溫度3000k氣壓9618kPa乙醇濃度/103m.oJ. m -3 1ZTp/PaB丄/古(T-13mo|. m-3123平均值/N m0.74

15、157927947937930.0543811.96726726726720.0460811.5.66356356356350 04354(H2O/ pHPa2O (N m273.25355355355350.03669327.104744744744740.03250382.64364364364360.02990150.14174174174170.02860200.13853853853850.02640r。11.1.14作（c圖，求出曲線上不同濃度c點(diǎn)處的（？水?c）T,p，并計(jì)算相應(yīng)濃度的._5N(T曲線擬合方程:11.1211.1.111.2.70.741611.1C11.5.72

16、 o=0.06769-0.1362c+0.15426c327.110.050.10產(chǎn) 0.06769-0.1362C+(?(/?c)T,p=- 0.1362+2-2) r= -C/8.3145/303.15 d Xdc(mol m0.150.200.25 0.300.350.40-3c/mol m圖1. (rc關(guān)系曲線圖20.15426c0.15426c表3.乙醇溶液表面張力的計(jì)算室溫乙醇濃度25.00 C ；實(shí)1 驗(yàn)溫度30.00-(? T?c)t,pC ;大氣壓96r5.18kPac/r-3( /mol m-1/N.m2 -1/N m mol-2/ mol m-1/m3c cc r士1 小

17、-5-6/til8382.7 103150.20.0492611.31108.352 10-5200.2 X04.970 X0-6250.1103.018 1080 1030 045606 540 10-5.5 189%0-6,3 854 108,2.0 1032.500 100.042675.3635.319W64.7001033.0 100.040234.546 10-55.411 X0-65.544 10833 500100.038133.94110-55.473 X0-66.395 10830.036303.467 10-55.501 X0-67.2711084.0 10o o0.034693.077 10-55.493 X0-68.193 1085.446 00-60.033259.181 0082.745 10-535.0 1035.500 100.3196-52.458 10-65.364 0810.25 1010-6-2g =5.665X 10mol m8m0r52-1”斜率=1/ rTr*rg=1.765 X 10 m mol3-3c/10 mol m圖2. c/ rc關(guān)系直線圖5m2 mol-1,10-6 m-2 mol-1 直線斜率 k= 1/rg= 1.765 Xg= 5.665 X