实验五表面张力的测定

1、实验五表面张力的测定化 53 卢巍 2005011871同组实验人：白超林曜张泉实验日期：2008-5-31提交报告日期：2008-6-7带实验的老师姓名：郭勋1引言1.1实验目的1. 明确表面张力、表面自由能和吉布斯吸附量的物理意义。2. 掌握最大压力气泡法测定表面张力的原理和技术。3计算表面吸附量和吸附质分子的截面积。1.2实验原理1） 本实验中，利用丨=-公式，求出不同浓度时气一液界面上的吸附RT （de 人量r。式中r为表面超量（mol?m-2） , b为溶液的表面张力（J?m-2）, T为热力学温度 （K）, e为溶液的浓度（mol?dm-3）, R为气体常数。e e 1e2） 利用

2、，若以一 e作图，得一直线，由直线的斜率可求出一。11'I'- K-"若以N代表1m2表面上溶质的分子数，则在饱和吸附时N = r ：Na式中的Na为阿佛加德罗常数，求出每个溶质分子在表面上所占据的横截面积。3）其中用最大气泡法测定表面张力:该测定方法的装置和原理如下图所示。将下口齐平的毛细管垂直插入试液，并使管口刚好与液面相切，则可看到毛细管内形成凹液面。然后从滴液漏斗中放水抽气，随着毛细管内外压差逐渐增大，泡的曲率半径由大变小，当气泡的半径等于毛细管的内半径时，其半径达到最小值，而泡内压力达到最大值，此时的泡内外压最大差P可由压力计测出，所以根据泡内最大的附加压力

3、和毛细管的内半径r，就可计算表面张力(25.13)rP = k P2（25.14）式中k为仪器常数，其值可用已知表面张力的物质测定。最大压力气泡法与接触角无关，不需要液体的密度数据，且装置简单，测定迅速，因此，本实验选用此法。2实验操作2.1实验药品、仪器型号仪器与药品1）表面张力仪1套2）1000ml烧杯一个3）100ml容量瓶5个4）50ml、25ml移液管各一支5）滴管1支6）洗耳球1个0.4mol/L正丁醇水溶液。7）数字化的表面张力测定仪与电脑的处理软件。图1测试装置示意图1烧杯；2抽气用的滴液漏斗；3精密数字微压差测量仪；4恒温槽；5支管试管；6毛细管；2.2实验条件（实验温度、湿

4、度、压力等）室温20C左右，常压。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 -dm-3正丁醇水溶液分别稀释配制0.3、0.2、0.1、0.05、0.025mol - dm-3的正丁醇水溶液。 注意实验室的五个容量瓶上都有标签，在配溶液时要专瓶专用，不能混用，一来是可以防止混淆，二来是可以保证一定的精确度。实验仪器中只提供了 25ml和50ml规格的移液管，故不能直接从0.4M直接得到0.05M、 0.025M的溶液。可通过以下方法来配制 0.05M和0.025M的溶液：先用25ml移液管移取0.4M 的溶液至100ml容量瓶中，配制成0.1 M的溶液。然后用5

5、0ml移液管和25ml移液管分别移 取0.1M溶液至100ml容量瓶中，既可配制得到0.05M和0.025M的溶液了。我自己在生化 实验室做实验的经验告诉自己，溶液不能一下稀释很多倍，最好是逐步稀释，这样比较准确。2）数据测定，电脑采集：A、打开电源，检查仪器装置与药品。读取水浴温度计的读数。水浴温度计示数：23.70 CB、打开计算机，选择数据采集 -表面张力，双击进入。C、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。必须充分清洗大试管和毛细管，按照要求进行操作，直到符合规定为止，不可急躁。注 意控制相切的操作，该步骤对实验

6、的影响较大。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 始，稳定1020秒后，关闭与大气相连的三通管，打开抽气瓶的活塞，使瓶内的水漫漫滴出，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5 6个峰值稳定的气泡吐出的数据。单击完成，并命名存盘。D、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 dm-3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。此时，仍需观察并读取水浴温度计的读数。水浴温度计示数：23.70 C3) 运用实验室提供的软件初步数

7、据处理选择并双击物理化学实验，选择并双击表面张力，输入平均温度、溶液浓度、正丁醇密 度、水的表面张力，点击打开，选择已测定完毕的该溶液浓度的文件并打开，将光标移动到 三通管与大气相连起始的 1020秒处，点击压力端点1,再将光标移动到开始吐泡的最高点， 点击压力端点2，差值 E就会显示出来，多次选择，显示值为平均值。点击提交，溶液浓 度和差值厶E就会在下表显示出来。再输入另一溶液的测定数据。输入正丁醇的密度 0.8252g/ml以及20 C的水的表面张力值 0.07228N/m，点击数据处理，就可以得到计算结果。3结果与讨论3.1原始实验数据表格1实验数据记录c(mol/L)表面张力Y (N/

8、m)吸附量*1e6 (mol/m 2 )0.0250.06709182.18640.050.0626193.279600.10.05501523.935520.20.04729974.372800.30.04204424.685150.40.03790684.91940在0.025M0.4M之间，取15个点，根据 Z = -c()T P得到15个z值，见下表。de表格2数据处理表C0 (mol/L)Z (N/m)C0 (mol/L)Z (N/m)0.0250.0054270.2250.0133210.050.008140.250.0135670.0750.0097690.2750.013776

9、0.10.0108540.30.0139550.1250.0116290.3250.014110.150.0122110.35000010.0142460.1750.0126630.37500010.0143660.20.013025用软件计算所得的：饱和吸附量r=6.5592E-6mol/m 2，分子截面积 Q=2.5325E-19m 2,分子层厚度d=5.9259E-10m 。3.2计算的数据、结果1、从数据中，用表面张力对浓度c作图，如下:图2正丁醇表面张力-浓度图2、在上述曲线上，取出 15个点，做出各个点的切线，求Z值以及】、C/丨的值。利用公式：卜-Z/RT求出不同C下的-(c)，

10、以及c/】。表格三实验数据计算c/mol/Lz/(N/m)/( mol/m2)c/(mol/L/(mol/m2)0.0250.0054272.18642E-0611434.240.050.008143.27958E-0615245.840.0750.0097693.93551E-0619184.310.10.0108544.37279E-0622868.690.1250.0116294.68514E-0626680.090.150.0122114.91942E-0630491.430.1750.0126635.1016E-0634302.990.20.0130255.24736E-063811

11、4.420.2250.0133215.36661E-0641925.920.250.0135675.466E-0645737.290.2750.0137765.55008E-0649548.840.30.0139555.62219E-0653359.950.3250.014115.68464E-0657171.60.35000010.0142465.73931E-0660982.930.37500010.0143665.78754E-0664794.4260000 -500004000030000 -20000 10000 -0.000.050.100.150.200250,300.350 4

12、Qc mol/L正丁醇cc曲线由上图可以看到由此，我们可以计算得到：由斜率可以求得最大吸附量： 分子的截面积：（i -£切2R=1，线性很好，关系式为:c/-=7909.46+143711.38c 1 14371128 rfflM吸附分子层厚度为：dP其中，正丁醇在 25.4 C下的密度为 = 2.3872eH9m26,Ke2374A17:止皿=6.287 血-10niDS2Q5B60.8203g/cm3，分子量为 M = 74.117。作d .关于c的曲线，得到:3.3讨论分析数据分析比较表格4比较计算机处理结果与自己处理的结果计算机处理结果手工处理结果误差最大吸附量（mol/m/

13、m）6.5592E-66.9584E-66.08%分子截面积（m2）2.5325E-192.3872E-19-5.74%分子层厚度（m）5.9259E-106.2872E-106.10%误差分析本实验中的误差主要是有以下几个原因造成的：1、毛细管的端口与液面相切程度不好。由于实验要测定的是最大的气泡，故端口与液面相 切时测得的数值应该是最准确的，但是由于实验条件限制，只能做到大概相切，存在一 定的误差。2、溶液浓度。配制溶液过程中由于试剂瓶不洁净等问题会在一定程度上影响浓度。3、抽真空用的水的滴速。过快或过慢都会对实验结果有影响，故在实验已开始的时候调节好后就不再调节，以保证在整个实验过程中滴

14、速的稳定。大概在2s 一滴为宜。异常现象分析做实验时仪器出现故障，因此与另外一个小组的两名同学共同完成了实验。4结论计算机处理结果手工处理结果最大吸附量（mol/m/m）6.5592E-66.9584E-6分子截面积（m2）2.5325E-192.3872E-19分子层厚度（m）5.9259E-106.2872E-105参考文献物理化学实验讲义 网络学堂物理化学实验清华大学出版社物理化学 朱文涛编清华大学出版社6附录6.2思考题1、测量前，如果压力计中两边液面不一样高，对测量结果有何影响？答：如果压力计两边的液面不一样高，则无法准确地测量压力， 结果与预期结果不符合。现在已经不再使用这种压差计

15、进行测量，而改用电子压力计，使得这一问题不再存在。2、为什么说仪器的干净及样品的纯净是实验的关键？答：因为实验利用的是仪器内外压力差产生的气泡来测定表面张力，故如果仪器不干净或药品被污染，表面张力会被改变，另外，浓度改变对表面张力有影响，样品不纯会导致浓 度偏差。再次，不纯的样品中混有的杂质可能也会造成表面张力的改变，导致实验结果不准确。3、 气泡形成速度的快慢对结果有何影响？如果每次出23个气泡对结果有何影响？答：气泡形成速度关系到峰值曲线测定的准确程度：气泡出得太快，峰值太密，系统可能没有办法准确测量峰值，也就是峰值被捕捉的概率很小；而且，出的太快，气泡两侧的压强可能没有平衡，这样导致得到错误的结论。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