最大泡壓法測定溶液表面張力實驗報告

1、word最大泡壓法測定溶液外表張力 一實驗?zāi)康模?1明確外表張力、外表自由能和吉布斯吸附量的物理意義；2掌握最大泡壓法測定溶液外表張力的原理和技術(shù)；3掌握計算外表吸附量和吸附質(zhì)分子截面積的方法。二實驗原理： 1外表張力和外表吸附液體外表層的分子一方面受到液體內(nèi)層的鄰近分子的吸引，另一方面受到液面外部氣體分子的吸引，由于前者的作用要比后者大，因此在液體外表層中，每個分子都受到垂直于液面并指向液體內(nèi)部的不平衡力，如圖1所示，這種吸引力使外表上的分子自發(fā)向內(nèi)擠促成液體的最小面積，因此，液體外表縮小是一個自發(fā)過程。在溫度、壓力、組成恒定時，每增加單位外表積，體系的吉布斯自由能的增值稱為外表吉布斯自由能

2、J·m-2，用表示。也可以看作是垂直作用在單位長度相界面上的力，即外表張力N·m-1。欲使液體產(chǎn)生新的外表S，就需對其做外表功，其大小應(yīng)與S成正比，系數(shù)為即為外表張力 ： W =×S (1) 圖1 液體外表與分子內(nèi)部受力情況圖在定溫下純液體的外表張力為定值，當(dāng)參加溶質(zhì)形成溶液時，分子間的作用力發(fā)生變化，外表張力也發(fā)生變化，其變化的大小決定于溶質(zhì)的性質(zhì)和參加量的多少。水溶液外表張力與其組成的關(guān)系大致有以下三種情況：1隨溶質(zhì)濃度增加外表張力略有升高；2隨溶質(zhì)濃度增加外表張力降低，并在開始時降得快些；3溶質(zhì)濃度低時外表張力就急劇下降，于某一濃度后外表張力幾乎不再改變。以

3、上三種情況溶質(zhì)在外表層的濃度與體相中的濃度都不相同，這種現(xiàn)象稱為溶液外表吸附。根據(jù)能量最低原理，溶質(zhì)能降低溶劑的外表張力時，外表層中溶質(zhì)的濃度比溶液內(nèi)部大；反之，溶質(zhì)使溶劑的外表張力升高時，它在外表層中的濃度比在內(nèi)部的濃度低。在指定的溫度和壓力下，溶質(zhì)的吸附量與溶液的外表張力及溶液的濃度之間的關(guān)系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程： = 2式中，為溶質(zhì)在表層的吸附量，單位mol·m2，為外表張力，c溶質(zhì)的濃度。 假設(shè)0，那么0，此時外表層溶質(zhì)濃度大于本體溶液，稱為正吸附。引起溶劑外表張力顯著降低的物質(zhì)叫外表活性劑。假設(shè)0，那么0，此時外表層溶質(zhì)濃度小于本體溶液，稱為負(fù)吸附。通過實驗測得

4、外表張力與溶質(zhì)濃度的關(guān)系，作出c 曲線，并在此曲線上任取假設(shè)干點作曲線的切線，這些切線的斜率就是與其相應(yīng)濃度的，將此值代入2式便可求出在此濃度時的溶質(zhì)吸附量。吉布斯吸附等溫式應(yīng)用范圍很廣，但上述形式僅適用于稀溶液。 2最大泡壓法測外表張力原理測定溶液的外表張力有多種方法，較為常用的有最大泡壓法其測量方法根本原理可參見圖2。 圖2 最大拋壓法測液體外表張力裝置圖中B是管端為毛細管的玻璃管，與液面相切。毛細管中大氣壓為p0。試管A中氣壓為p，當(dāng)翻開活塞E時，C中的水流出，體系壓力p逐漸減小，逐漸把毛細管液面壓至管口，形成氣泡。在形成氣泡的過程中，液面半徑經(jīng)歷：大小大，即中間有一極小值rminr毛，

5、此時氣泡的曲率半徑最小，根據(jù)拉普拉斯公式，氣泡承受的壓力差也最大，有公式： 此壓力差可由壓力計D讀出，故待測液的外表張力為 4假設(shè)用同一支毛細管測兩種不同液體，其外表張力分別為1、2，壓力計測得壓力差分別為p1、p2那么： (5) 假設(shè)其中一種液體的1，例如水，那么另一種液體的外表張力可由上式求得。即： (6) 式中稱為儀器常數(shù)，可用某種外表張力的液體常用蒸餾水測得。 三儀器與試劑：最大泡壓法外表張力儀，精密數(shù)字壓力計，吸耳球，移液管各種量程，容量瓶 (50mL)，正丁醇分析純，蒸餾水。四實驗步驟： 1儀器準(zhǔn)備與檢漏 將潔凈的外表張力儀各局部連接好。將自來水注入抽氣管C中；在試管A中注入約50

6、mL蒸餾水，使毛細管下端較深地浸入到水中；翻開活塞E，這時抽氣管C中水流出，使體系內(nèi)的壓力降低注意：勿降低到使毛細管口冒泡，當(dāng)壓力計指示出假設(shè)干壓力差時，關(guān)閉活塞E，停止抽氣。假設(shè)2min3min內(nèi)，壓力計指示壓力差不變，那么說明體系不漏氣，可以進行實驗。 2儀器常數(shù)K的測量 調(diào)節(jié)毛細管或液面高度，使毛細管口與水面相切。翻開活塞E抽氣，調(diào)節(jié)抽氣速度，使氣泡由毛細管尖端成單泡逸出，且每個氣泡形成的時間為為6s10s。假設(shè)形成時間太短，那么吸附平衡來不及在氣泡外表建立起來，測得的外表張力也不能反映該濃度之真正的外表張力值。在形成氣泡的過程中，液面半徑經(jīng)歷: 大小大，同時壓力差計指示值的絕對值那么經(jīng)

7、歷：小大小的過程，記錄下絕對值最大的壓力差，三次，取其平均值。再由附錄中，查出實驗溫度時水的外表張力1，那么可以計算儀器常數(shù) 3系列濃度正丁醇水溶液外表張力的測定配制50mL濃度為0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30 mol·L-1的系列正丁醇溶液，與測儀器常數(shù)相同的方法，按由稀到濃的順序測定各溶液最大壓力差，求出各溶液的外表張力。 測定管每次應(yīng)用待測液淌洗一次。五數(shù)據(jù)處理： 數(shù)據(jù)記錄參考格式如下表計算時注意單位換算溫度： 24.6 水的外表張力: 0.07191 N/m 儀器常數(shù)K：0.1177溶液濃度/mol·L-1壓力差p/kPa/N·

8、m-1(d/dc)T/mol·m-2123平均值00.6110.6100.6110.6110.07191-0.1917000.050.5200.5220.5220.5210.06132-0.162433.28×10-60.100.4790.4790.4780.4790.05638-0.133165.38×10-60.150.4120.4110.4120.4120.04849-0.103896.30×10-60.200.3820.3840.3820.3830.04508-0.074626.03×10-60.250.3520.3520.3510.3

9、520.04143-0.045354.58×10-60.300.3430.3420.3420.3420.04025-0.016081.95×10-61查出實驗溫度下水的外表張力，計算儀器常數(shù)K。=2計算系列正丁醇溶液的外表張力，根據(jù)上述計算結(jié)果，繪制c等溫線。3由c等溫線作不同濃度的切線，求(d/dc)T，并求出，繪制c吸附等溫線。六考前須知: 1所用毛細管必須干凈、枯燥，應(yīng)保持垂直，其管口剛好與液面相切。 2讀取壓力計的壓差時，應(yīng)取氣泡單個逸出時的最大壓力差。七思考題: 1毛細管尖端為何必須調(diào)節(jié)得恰與液面相切 如果毛細管端口插入液面有一定深度，對實驗數(shù)據(jù)有何影響？答：如果

10、將毛細管末端插入到溶液內(nèi)部，毛細管內(nèi)會有一段水柱，產(chǎn)生壓力P，那么測定管中的壓力Pr會變小，pmax會變大，測量結(jié)果偏大。2最大泡壓法測定外表張力時為什么要讀最大壓力差？如果氣泡逸出的很快，或幾個氣泡一齊出，對實驗結(jié)果有無影響？答：如果毛細管半徑很小，那么形成的氣泡根本上是球形的。當(dāng)氣泡開始形成時，外表幾乎是平的，這時曲率半徑最大；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(Laplace)公式，此時能承受的壓力差為最大：pmax = p0 - pr = 2/。氣泡進一步長大，R變大，附加壓力那么變小，直到氣泡逸出。最大壓力差可通過數(shù)字式微壓差測量儀得到。如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；致使壓力計的讀數(shù)不穩(wěn)定，不易觀察出其最高點而起到較大的誤差。