最大压力法测量液体表面张力

1、宁 波 工 程 学 院物理化学实验报告同组姓名 金鹏、姚志杰 指导老师 付志强、姚利辉 实验日期 2013-5-27 实验名称 最大压力气泡法测定溶液的表面张力 一、 实验目的1. 掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技术。2. 通过对不同浓度正丁醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能、表面张力和吸附量关系的理解。二、 实验原理 1在一定温度下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时，表面张力发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。根据能量最低原则，若溶质能降低溶剂的表面张力，则表面层中溶质的浓度应比溶液内部的浓度大，如果所加溶质能使溶剂的表面张力升高，那么溶质在

2、表面层中的浓度应比溶液内部的浓度低。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。在一定的温度和压力下，溶液表面吸附溶质的量与溶液的表面张力和加入的溶质量（即溶液的浓度）有关，它们之间的关系可用吉布斯(Gibbs)公式表示：=(-c/RT)*(d/dc) (1)式中，为溶质在表层的吸附量；为表面张力；c为吸附达到平衡时溶质在介质中的浓度。根据朗格谬尔公式： =*(Kc/1+Kc) (2)式中为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的。 c/ =(Kc+1)/K=c/+1/(K) (3)以C/对C作图，得一直线，该直线的斜率为1/由所求得的代入Am=1/*L可求被吸附分子的截面积（L

3、为阿佛加得罗常数）。2. 本实验用气泡最大压力法测定溶液的表面张力，其仪器装置如图:1） 恒温套管；2）毛细管（r在0.150.2mm）；3）U型压力计（内装水）；4）分液漏斗；5）吸滤瓶；6）连接橡皮管。将待测表面张力的液体装于表面张力仪中，使毛细管的端面与液面相切，液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，毛细管内的液面上受到一个比A瓶中液面上大的压力，当此压力差附加压力（p=p大气-p系统）在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱出，此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为p=2/R （4）式中，p为附加压力；为表面张力；R为气

4、泡的曲率半径。如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大；随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时的曲率半径R和毛细管的半径r相等，曲率半径最小值，根据上式这时附加压力达最大值。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。根据上式，R=r时的最大附加压力为：p最大 = 2/r (5）实际测量时，使毛细管端刚与液面接触，则可忽略气泡鼓起所需克服的静压力，这样就可以直接用上式进行计算。当将其它参数合并为常数K时，则上式变为： =Kp最大 （6）式中仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。三、 实验仪器、试剂仪器：最大

5、泡压法表面张力仪1套，洗耳球1个，移液管（50ml和1ml）各一只，烧杯（500ml）1只。试剂：正丁醇（分析纯），蒸馏水。四、 实验步骤1. 仪器准备和检漏 将表面张力仪容器和毛细管先用洗液洗净，再顺次用自来水和蒸馏水漂洗，烘干后接好，检查是否漏气。2. 仪器常数的测量调节液面与毛细管端相切，并调节分液漏斗，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且速度控制在每分钟形成气泡510个。当气泡刚脱离管端的一瞬间，压力计中液位差达到最大值，此时记录下p最大值；改变气泡逸出速率(控制在每分钟510个)，再依次记录2次，取平均值。再由手册中查出实验温度时水的表面张力，求得仪器常数K。3. 表面张力随溶液浓度变化

6、的测定 在上述体系中，按浓度从低到高的顺序依次测定预先配好的正丁醇溶液的p最大值，每次置换溶液前都先用新溶液润洗2次，再按2方法测定。五、 实验记录与处理室温：28.7 大气压：99.68 kPa恒温槽温度：30.00 水：71.18 mN.m-1浓度mol·dm-3水0.020.040.060.080.100.120.160.200.24p最大/Pa705658629.7599572.7545.3529.7477458422.7p最大,1/Pa703656632599571547531477458422p最大,2/Pa705658629600573543530477459423p最

7、大,3/Pa707660628598574546528477457423/10-3N·m-171.1866.4663.6060.5057.8455.0853.5048.1846.2642.691. 水的表面张力为=71.18*10-3N·m-1，计算仪器常数 K=/Pmax=71.18*10-3/705=1.01*10-4根据=Kp最大，可以求得正丁醇不同浓度下的，填入表格。2.做切线求，c/由图得到曲线方程：y = 0.06977 0.16753x +0.23212x2 dy/dx = -0.16753+ 0.46424x，即为所求的斜率，浓度mol·dm-30

8、.020.040.060.080.100.120.160.200.24斜率*10-5-15.82-14.90-13.97-13.04-12.11-11.18-9.33-7.47-5.61根据=(-c/RT)*(d/dc)，可以求得下表，浓度mol·dm-30.020.040.060.080.100.120.160.200.24(mol·m-2)*10-62.192.403.384.214.885.416.016.025.43c/(m-1)*1069.1316.6717.7519.0020.4922.1826.6233.2244.203. 绘制-c，c/-c等温线，求并计算Am由图可得斜率k=135*103,k=1/，=7.41*10-6 mol·m-2根据Am=1/(L)，得Am=2.24*10-19 m2，此值与理论值2.4×10-