材93-最大气泡法测溶液表面张力-2011-3-24

1、实验名姓名：王成班级：材93提交日期：2011/3/27学号：2009012004 实验日期：2011/3/24同组人：李明哲、曲永峰助教：江寅1引言1.1实验目的1. 用最大气泡法测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力。2. 利用吉布斯公式计算不同浓度下正丁醇溶液的吸附量，进而求出正丁醇分子截面积和 吸附分子层厚度。3. 学会镜面法作切线的方法。1.2实验原理在液体内部，任何分子受周围分子的吸引力是平衡的，可是表面层的分子受内层分子的吸引与受表面层外介质的吸引并不相同，所以，表面层的分子处于力不平衡状态，表面层的分子 比液体内部分子具有较大的势能，如欲使液体产生新的表面就需对其作功。在温度、压力和

2、组 成恒定时，可逆的使表面积增加dA所需作的功为W= dA (1)比例系数等于在等温等压下形成单位表面所需的可逆功，其比值等于作用在界面上每单 位长度边缘上的力，称为表面张力。在纯物质情况下，表面层的组成与内部的相同，但溶液的情况却不然，加入溶质后溶液的 表面张力发生变化。根据能量最低原则，当溶质降低溶剂的表面张力时，表面层中的溶质的浓 度比溶液内部的大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表层中的浓度比在内部的浓度 低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。显然，在指定的温度和压 力下，溶质的吸附量与溶液的浓度及溶液的表面张力随浓度的变化率有关，从热力学可知，他 们之间的

3、关系遵守吉布斯吸附公式：c dRT de吸附量,mol ?m式中；cTR表面张力，N ?m ;溶质的浓度，mol ?m 3;热力学温度，K;摩尔气体常数，8.314J ?mol 1 ?K当d_dc0时,0称为正吸附；当0时，0称为负吸附溶于溶液中能使其表面张力降低的物质称为表面活性物质，工业和日常生活中广泛应用的去污剂，乳化剂，润滑剂以及起泡剂等都是表面活性物质。它们的主要作用发生在界面上，所 以研究这些物质的表面效应是有实际意义的。如果作 c曲线，开始时 随c的增加而下降较快，以后的变化比较缓慢。根据c曲线，可以用作图法求出不同浓度的值。在c曲线上任取一点 a，过a点作曲线的切线以及平行于横

4、坐标的直线分别交纵坐标pi"7轴于b、b'，令bb'乙则Z -c,带入（2）时， 。从c曲线上取不同dcRT的点，就可以得出不同的 Z值，从而可以求出不同浓度下的吸附量。吸附量与浓度之间的关系可以用朗格缪尔等温吸附方程表示。在一定温度下，吸附量与溶液浓度之间有如下关系：kc（3）1 kc式中为饱和吸附量，k为常数。上式以改写为如下形式：c c1k（4）若以c对c作图，应为一直线，其斜率倒数即为由于单位面积上的分子数为L （L为阿弗加德罗常数），所以每个分子在表面上所占的 面积，即分子的截面积为:(5)我们还可以从下式求出表面活性物质饱和吸附分子层的厚度:(6)其中M为

5、溶质摩尔质量，为溶质密度。本实验采用最大气泡法测定液体表面张 力，原理如图31-2所示。将待测液体装入大试管 4中，使毛细管1 的端面于液面相切，液面即沿毛细管上升。打开抽气瓶3的活塞抽气。毛细管内的液面上受 到比试管4较大的压力，当此压力差在毛细管 端面上产生的作用力稍大于毛细管口的液体 的表面张力时，气泡就从毛细管口被压出。这个最大的压力差值可由 U形压力计2读出：图32厠定表面张力装這1.毛细管2+压力讨3.抽邑瓶札大试管式中h为U形压力计两边读数之差，g为重力加速度,为压力计内液体的密度。Pmax另一方面，当气泡在毛细管口逐渐长大时，其曲率半径逐渐渐小。气泡达到最大时便会破裂，此时曲率

6、半径最小，等于毛细管半径R。这时气泡能承受的压力差最大，为2 R它应等max若用同一支毛细管和压力计，对两种具有不同表面张力（7）1和2的液体进行测量，下列关系式成立:丄hi2h2故有2h2h1K h1(8)式中的K值对于同一只毛细管及同一种压力计介质是常数，称作仪器常数。由已知表面 张力的液体作标准求出常数 K，便可用上式求其它液体的表面张力。2 实验操作2.1实验药品、仪器型号及测试装置示意图计算机及接口； LZ-P2微压（压差）计；表面张力仪（自制）一套； 900ml、500 ml烧杯各 一个；100 ml容量瓶5个；50 ml、25 ml移液管各一支；滴管一支；吸耳球；洗瓶；0.4 m

7、ol dm?正丁醇水溶液2.2实验条件水槽恒温20 C。2.3实验操作步骤及方法要点1、配制溶液用实验室已准备好的 0.4mol - dm3正丁醇水溶液分别稀释配制0.3、0.2、0.1、0.05、0.025mol dm?的正丁醇水溶液。2、打开电源，检查仪器装置与药品。读取水浴温度计的读数。3、打开计算机，选择数据采集 -表面张力双击进入。4、测定仪器常数。用去离子水充分洗净大试管和毛细管，并往大试管中注入适量去离子水，使毛细管端口与水面刚好垂直相切。将大试管安装在水浴中，给抽气瓶注满水，检查活塞，打开三通管与大气相连，单击开女始卫定1020秒后，关闭与大气相连的三通管，打开抽气瓶的活塞，使

8、瓶内的水漫漫滴出，观察微压压差计的读数和计算机数据采集界面采集数据的变化。稳定后，记录100秒气泡吐出的数据。单击完舟成并命名存盘。5、 测定正丁醇水溶液的表面张力。方法同4,分别测定0.4、0.3、0.2、0.1、0.05、0.025 mol dm3的正丁醇水溶液。注意每次测量前应用待测溶液清洗大试管和毛细管。测定完毕后退出。观察并读取水浴温度计的读数。6、一定要把大试管及毛细管洗干净，溶液配制一定要准确。7、毛细管一定要于液面垂直相切，出泡不可过速。8、抽气瓶的活塞调好后就不要再随便动，以保持系统的稳定性。3结果与讨论3.1原始实验数据电压/Mv0.1%正丁醇压力变化米集曲线5.00E-0

9、2O.OOE+OO-5.00E-02-1.00E-01-1.50E-01-2.00E-01-2.50E-01电压/mv0.25%正丁醇压力变化采集曲线5.00E-020.00E+00 -5.00E-02 -1.00E-01 -1.50E-01 -2.00E-01-2.50E-01电压/Mv0.3%正丁醇压力变化米集曲线4.00E-02 2.00E-02 0.00E+00 -2.00E-02 -4.00E-02 -6.00E-02 -8.00E-02 -1.00E-01 -1.20E-01 -1.40E-01 -1.60E-01 -1.80E-013.2计算的数据、结果计算机处理数据结果（舍弃了

10、 c=0.2的一组数据）：C(mol /L)E(mv)(N/m)(mol/m2 106)Z( N/m0.0250.2830.071482.277150.005550.050.2540.064163.415720.00981920.10.2350.059364.554300.01171660.150.2170.054815.123580.01278910.250.1960.049515.692870.01278910.30.1730.043705.855520.01347850.40.1630.041776.072400.0139590.50.1460.036886.210400.0145848

11、=6.8314 105mol/m24结论 152画图得出直线斜率为 k=l4638 ,= =6.832 10（mol/m2）。与之前由实验软件得出k的数据 =6.8314 10-5mol/m2吻合。氏=1，线性相关度高，实验结果理想。5参考文献1、基础物理化学实验清华大学贺德华、麻英、张连庆编2、简明物理化学 朱文涛、王军民、陈琳编著6 附录1. 为什么说仪器的干净及样品的纯净是实验的关键？ 仪器不干净或者样品不纯，会导致配制的溶液浓度有偏差，而溶液的表面张力与溶液的浓 度直接相关，所以仪器不干净或者样品不纯会直接影响测量的结果，导致实验失败。2. 气泡形成速度的快慢对结果有何影响？如果每次出2-3 个气泡对结果有和影响？气泡形成速度关系到峰值曲线测定的准确程度，出得太快，峰值太密，选择性不好；出得 太慢，气泡与溶液接触时间太长，会使气体有部分溶于溶液中，导致测量结果不准，所以，要 通过调节抽气瓶的活塞来控制气泡产生的速度，在允许的范围内，可以稍慢一些。如果每次出 2-3 个气泡，会使屏幕上的峰值有较大的波动，峰值位置相差较大，这样采集的数据就失去了 有效性。3. 为什么毛细管端口必须和液面相切？毛细管内径的均匀与否对结果