实验五 最大泡压法测表面张力 2

1、 深 圳 大 学 实 验 报 告 课程名称： 物理化学实验(1) 实验项目名称： 最大泡压法测定溶液的表面张力 学院： 化学与化工学院 专业： 应用化学 指导教师： 周晓民 报告人： 赖思香 学号： 2011140146 班级： 11应用化学01班 实验时间： 2013-05-10 实验报告提交时间： 2013-05-31 教务处制 实验五 最大泡压法测定溶液的表面张力一 实验目的1. 了解表面张力的性质，表面、表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系。2. 掌握用最大气泡压法测定表面张力的原理和技术。 3. 测定不同浓度正丁醇/水溶液的表面张力，计算表面吸附量和正丁醇分子的横截面积。二 实验

2、原理从热力学观点来看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总自由能减小的过程，欲使液体产生新的表面A，就需对其做功，其大小应与A成正比: (1) 如果A为1m2，则-W=是在恒温恒压下形成1m2新表面所需的可逆功，所以称为比表面吉布斯自由能，其单位为J·m-2。也可将看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为表面张力，其单位是N·m-1。在定温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。根据能量最低原理，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面

3、层中的浓度比在内部的浓度低，这种表面浓度与内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度之间的关系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程: (2) 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。 当 <0时，>0称为正吸附；当 >0时，<0称为负吸附。吉布斯吸附等温式应用范围很广，但上述形式仅适用于稀溶液。 引起溶剂表面张力显著降低的物质叫表面活性物质，被吸附的表面活性物质分子在界面层中的排列，决定于它在液层中的浓度，这可由图-23-1看出。 图-23-1中(1)和(2)是不饱和层中分子的排

4、列，(3)是饱和层分子的排列。 当界面上被吸附分子的浓度增大时，它的排列方式在改变着，最后，当浓度足够大时，被吸附分子盖住了所有界面的位置，形成饱和吸附层，分子排列方式如图-23-1(3)所示。这样的吸附层是单分子层，随着表面活性物质的分子在界面上愈益紧密排列，则此界面的表面张力也就逐渐减小。如果在恒温下绘成曲线=f(C)(表面张力等温线)，当C增加时，在开始时显著下降，而后下降逐渐缓慢下来，以至的变化很小，这时的数值恒定为某一常数(见图-23-2)。利用图解法进行计算十分方便，如图-23-2所示，经过切点a作平行于横坐标的直线，交纵坐标于b点。以Z表示切线和平行线在纵坐标上截距间的距离，显然

5、Z的长度等于 ， 图-23-1 被吸附的分子在界面上的排列图 -23-2 表面张力和浓度关系图            (3) 以不同的浓度对其相应的可作出曲线，=f(C)称为吸附等温线。 根据朗格谬尔(Langmuir)公式: (4) 为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的， (5) 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A=1/L可求被吸附分子的截面积(L为阿佛加得罗常数)。 若已知溶质的密度，分子量M，就可计算出吸附层厚度    &

6、#160;                                                 &

7、#160;               测定溶液的表面张力有多种方法，较为常用的有最大气泡法和扭力天平法。三 仪器和试剂 表面张力测定装置一套, DPA精密数字压力计 蒸馏水H2O, 洗耳球，滴管，1000mL烧杯 ，100mL小烧杯 0.05、0.1 、0.2 、0.3 、0.4 、0.5 、0.7 moldm-3 正丁醇水溶液四 实验步骤1. 开启DPA精密数字压力计的电源开关，预热5min。减压瓶内注入水，开启减压瓶上方的旋塞使系统与大气相通，按DPA精密数字

8、压力计的“采零”键，使读数为零，然后再将减压瓶上方的旋塞关闭。2. 测定管中注入蒸馏水，使管内液面刚好与毛细管口相接触，慢慢打开抽气瓶活塞排水，当气泡形成的速度保持稳定时，记录最大的压强差，重复测量3遍，记录。3. 同上法，测量0.05、0.1 、0.2 、0.3 、0.4 、0.5 、0.7 mol·dm-3正丁醇水溶液。4. 实验结束，彻底洗净测定管，注入蒸馏水到和毛细管相切位置。关闭仪器的电源。整理实验台面。五 实验数据记录 实验温度 28.7 气压： 101.90 Kpa浓度/ moldm-3水0.050.10.20.30.40.50.7p1/kPa-0.674-0.577-

9、0.526-0.475-0.443-0.385-0.336-0.290p2/kPa-0.673-0.575-0.528-0.476-0.436-0.384-0.336-0.289p3/kPa-0.672-0.574-0.527-0.475-0.434-0.383-0.337-0.290p平均/kPa-0.673-0.575-0.527-0.475-0.438-0.384-0.336-0.290六 实验数据处理1.调用Excel专用程序计算各溶液的表面张力，绘制c等温线，求出不同浓度溶液的表面吸附量。2. 绘制C/-C 图，由直线的斜率为1/求出饱和吸附量3.正丁醇分子的横截面积A=1/LA=1

10、/L=1/(3.36E-5×6.02E23)m2=4.94E-20 m2七 实验结果与讨论 本实验利用表面张力性质，用最大泡压法测定不同浓度的正丁醇溶液的表面张力以及其表面吸附量，实验得到lnc- 等温线方程y=-0.0832x+2.4047，R2=0.9533，相关性比较大，实验结果相对比较可靠，斜率为负值，则表面吸附量为正值，实验测定为正吸附情况。 本实验产生误差的最大原因是难以调节毛细管端面与液面相切，以及肉眼观察记录的最大压强差有一定的误差。以及气泡的逸出速率也是一个较难控制的参数。实验过程中有时会出现气泡过快逸出的现象。八 注意事项1. 抽气瓶放水的速率不能过快，抽气瓶中的

11、蒸馏水小于一半时应将烧杯中的水注入抽气瓶中。2. 测定管润洗时弯管口中不能进水。3.加入待测液时应从测定管的弯管口对侧加入，并且尽量不要使待测液进入到弯管里面。九 思考题1. 为什么保持仪器和药品的清洁是本实验的关键？答：杂质对溶液的表面张力影响非常大，一般情况下，盐会降低液体表面张力，油脂类物质使液体的表面张力增大，所以如果仪器和药品不清洁则表面张力的测定不准确。2. 为什么毛细管应平整光滑，安装时要垂直并刚好接触液面？答：(1)气泡形成半球形时曲率半径R和毛细管半径r相等达最小值，附加压力达最大值，由公式可求出被测液体的表面张力。故为得到半球形气泡，毛细管尖端应平整光滑。(2)如果毛细管尖端插入液下，会造成压力不只是液体表面的张力，还有插入部分液体的压力。3. 如果将毛细管末端插入到溶液内部进行测量行吗?为什么?答：不行，如果将毛细管末端插入到溶液内部，会在毛细管中产生一段水柱，产生