最大泡壓法測(cè)定溶液表面張力實(shí)驗(yàn)報(bào)告

最大泡壓法測(cè)定溶液表面張力實(shí)驗(yàn)報(bào)告最大泡壓法測(cè)定溶液表面張力實(shí)驗(yàn)報(bào)告一．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．明確表面張力、表面自由能和吉布斯吸附量的物理意義。2．掌握最大泡壓法測(cè)定溶液表面張力的原理和技術(shù)。3．掌握計(jì)算表面吸附量和吸附質(zhì)分子截面積的方法。二．實(shí)驗(yàn)原理1．表面張力和表面吸附圖1液體表面與內(nèi)部分子受力情況圖液體表面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，因此在液體表面層中，每個(gè)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，這種吸引力使表面上的分子自發(fā)向內(nèi)擠促成液體的最小面積，因此，液體表面縮小是一個(gè)自發(fā)過(guò)程。在溫度、壓力、組成恒定時(shí)，每增加單位表面積，體系的吉布斯自由能的增值稱(chēng)為表面吉布斯自由能（J·m-2），用γ表示。也可以看作是垂直作用在單位長(zhǎng)度相界面上的力，即表面張力（N·m-1）。欲使液體產(chǎn)生新的表面ΔS，就需對(duì)其做表面功，其大小應(yīng)與ΔS成正比，系數(shù)為即為表面張力γ：W’=γxS(1)在定溫下純液體的表面張力為定值，當(dāng)加入溶質(zhì)形成溶液時(shí)，分子間的作用力發(fā)生變化，表面張力也發(fā)生變化，其變化的大小決定于溶質(zhì)的性質(zhì)和加入量的多少。水溶液表面張力與其組成的關(guān)系大致有以下三種情況：（1）隨溶質(zhì)濃度增加表面張力略有升高；（2）隨溶質(zhì)濃度增加表面張力降低，并在開(kāi)始時(shí)降得快些；（3）溶質(zhì)濃度低時(shí)表面張力就急劇下降，于某一濃度后表面張力幾乎不再改變。以上三種情況溶質(zhì)在表面層的濃度與體相中的濃度都不相同，這種現(xiàn)象稱(chēng)為溶液表面吸附。根據(jù)能量最低原理，溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力時(shí)，表面層中溶質(zhì)的濃度比溶液內(nèi)部大；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)部的濃度低。在指定的溫度和壓力下，溶質(zhì)的吸附量與溶液的表面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，Г為溶質(zhì)在表層的吸附量，單位mol·m2，γ為表面張力，c溶質(zhì)的濃度。若＜0，則Γ＞0，此時(shí)表面層溶質(zhì)濃度大于本體溶液，稱(chēng)為正吸附。引起溶劑表面張力顯著降低的物質(zhì)叫表面活性劑。若＞0，則Γ＜0，此時(shí)表面層溶質(zhì)濃度小于本體溶液，稱(chēng)為負(fù)吸附。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得表面張力與溶質(zhì)濃度的關(guān)系，作出γ－c曲線(xiàn)，并在此曲線(xiàn)上任取若干點(diǎn)作曲線(xiàn)的切線(xiàn)，這些切線(xiàn)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(shí)的溶質(zhì)吸附量Γ。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(cè)表面張力原理圖2最大泡壓法測(cè)液體表面張力裝置測(cè)定溶液的表面張力有多種方法，較為常用的有最大泡壓法其測(cè)量方法基本原理可參見(jiàn)圖2。圖中B是管端為毛細(xì)管的玻璃管，與液面相切。毛細(xì)管中大氣壓為p0。試管A中氣壓為p，當(dāng)打開(kāi)活塞E時(shí)，C中的水流出，體系壓力p逐漸減小，逐漸把毛細(xì)管液面壓至管口，形成氣泡。在形成氣泡的過(guò)程中，液面半徑經(jīng)歷：大→小→大，即中間有一極小值rmin＝r毛，此時(shí)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：=p0–p=2/r（3）此壓力差可由壓力計(jì)D讀出，故待測(cè)液的表面張力為：rxp/2（4）若用同一支毛細(xì)管測(cè)兩種不同液體，其表面張力分別為γ1、γ2，壓力計(jì)測(cè)得壓力差分別為Δp1、Δp2則：=(5)若其中一種液體的γ1已知，例如水，則另一種液體的表面張力可由(5)上式求得。即：=(x=Kx(6)1074.222272.443071.181573.492372.283570.38