材料物化實驗講義第二學(xué)期實驗3

1、2 實驗三銀犬泡在M測虧熔液的熬面総力目的要求1-1了解表面張力的性質(zhì)，表面、表面自由能的意義以及表面張力和吸附的關(guān)系。1-2掌握用最大氣泡壓法測定表面張力的原理和技術(shù)。1-3測定不同濃度正丁醇/水溶液的表面張力，計算表面吸附量和正丁醇分子的橫截面積。實驗原理在指定的溫度下，純液體的表面張力是一定的，一旦在液體中加入溶質(zhì)成溶液時情況就不同了，溶液的表面張力不僅與溫度有關(guān)，而且也與溶質(zhì)的種類,溶液濃度有關(guān)。這是由于溶液中部分溶質(zhì)分子進(jìn)入到溶液表面，是表面層分子組成發(fā)生了改變，分子間引力起了變化，因此表面張力也隨著改變，根據(jù)實驗結(jié)果,加入溶質(zhì)以后在表面張力發(fā)生改變的同時還發(fā)生溶液表面層的濃度與內(nèi)部

2、濃度有所差別，有些溶液表面層濃度大于溶液內(nèi)部濃度，有些恰恰相反，這種現(xiàn)象稱為溶液的表面吸附作用。按吉布斯吸附等溫式：cdo_1daRfdcRTdine式中：代表溶質(zhì)在單位面積表面層中的吸附量(molm2)c代表平衡時溶液濃度(mol-L1)&氣體常數(shù)(8.314JmoP1-K-1)T吸附時的溫度(K)。從(1)式可看出，在一定溫度時，溶液表面吸附，與平衡時溶液濃度C和表面張力隨濃度變化率成正比關(guān)系。當(dāng)竺0時，0表示溶液表面張力隨濃度增加而降低，則溶液表面發(fā)生正吸附，此時溶液表面層濃度大于溶液內(nèi)部濃度。當(dāng)（嚳）0時，0表示溶液表面張力隨濃度增加而增加，則溶液表面發(fā)生負(fù)吸附，此時溶液表面層濃度小于

3、溶液內(nèi)部濃度。我們把能產(chǎn)生顯著正吸附的物質(zhì)（即能顯著降級溶液表面張力的物質(zhì)），稱為表面活性物質(zhì)。本實驗用表面活性物質(zhì)乙醇配制成一系列不同濃度的水溶液，分別測定這些溶液的表面張力6然后以CT對InC作圖得一曲線，求曲線上某一點的斜率可計算相當(dāng)于該點濃度時溶液的表面吸附量。本實驗測定各溶液的表面張力釆用氣泡最大壓力法，實驗裝置如圖6-1所示。此法原理是當(dāng)毛細(xì)管與液面接觸時，往毛細(xì)管內(nèi)加壓（或在溶液體系減壓）則可以在液面的毛細(xì)管出口處形成氣泡。如果毛細(xì)管半徑很小，則形成的氣泡基本上呈球形。而氣泡在形成過程中是在變化的。當(dāng)開始形成氣泡時，表面兒乎是平的，即這時的曲率半徑最大，隨著氣泡的形成，曲率半徑逐

4、漸變小，直到形成半球形，這時曲率半徑R與毛細(xì)管半徑r相等，曲率半徑大最小值。此時附加壓力為產(chǎn)生氣泡的最大壓力。此時:p=1Olo其中：AP為最大壓力;r為毛細(xì)管半徑（此時等于氣泡的曲率半徑R）；CT為表面張力。按(2)式得：o=-P=KP #其中K在一定溫度下僅與毛細(xì)管半徑r有關(guān)，稱毛細(xì)管儀器常數(shù)，此常數(shù)可從己知表面張力的表面物質(zhì)測得。儀器和試劑表面張力測定裝置一套DP-A精密數(shù)字壓力計蒸飭水H2O洗耳球，滴管，lOOOmL燒杯，100mL小燒杯0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.7moldin3乙醇水溶液實驗操作步驟4-1開啟DP-A精密數(shù)字壓力計的電源開關(guān)，預(yù)熱5mino

5、減壓瓶內(nèi)注入水，開啟減壓瓶上方的旋塞使系統(tǒng)與大氣相通，按DP-A精密數(shù)字壓力計的“采零”鍵，使讀數(shù)為零，然后再將減壓瓶上方的旋塞關(guān)閉。4-2測定管中注入蒸館水，使管內(nèi)液面剛好與毛細(xì)管口相接觸，慢慢打開抽氣瓶活塞排水，當(dāng)氣泡形成的速度保持穩(wěn)定時，記錄最大的壓強(qiáng)差，重復(fù)測量3遍，記錄。4-3同上法，測量0.05、0.1、0.2、03、0.4、0.5、0.7moldill3乙醇水溶液。4-4實驗結(jié)束，徹底洗凈測定管，注入蒸鎘水到和毛細(xì)管相切位置。關(guān)閉儀器的電源。整理實驗臺面。原始數(shù)據(jù)記錄實驗溫度25.0-C濃度/moldm*3水0.050.10.20.30.40.50.7Api/kPaAp2/kPaAp3/kPapY/kPao/lO.m471.97 #數(shù)據(jù)處理調(diào)用Excel專用程序計算各溶液的表面張力。，繪制Inco等溫線，根據(jù)等溫線斜率計算表面吸附量T。注意事項7-1抽氣瓶放水的速率不能過快，抽氣瓶中的蒸鎘水小于一半時應(yīng)將燒杯中的水注入抽氣瓶中。7-2測定管潤洗時彎管口中不能進(jìn)水。7