实验十一最大气泡法测定溶液的表面张力报告

1、11.1实验目的实验最大气泡法测定溶液的表面张力11.1.1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；11.1.2 了解表面张力的性质，表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系;11.1.3掌握用最大泡压法测定表面张力的原理和技术。11.2实验原理11.2.1表面自由能物体表面分子和内部分子所处的境遇不同，表面分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小趋势。如果把一个分子由内部迁移到表面，就需要对抗拉力而做功。在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面增加dA所需做的功，叫表面功，可表示为:-SW = odA(11.1)式中，o为比例常数(7在数值上等于当T、P和

2、组成恒定的条件下增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功，也可以说是每增加单位表面积时体系自由能的增加值。环境对体系作的表面功转变为表面层分子比内部分子多余的自由能。因此，o称为表面自由能，其单位是J m-2。若把o看作为作用于每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。从另外一方面考虑表面现象，特别是观察气液界面的一些现象，可以觉察到-1。N m表面上处处存在着一种张力，它力图缩小表面积，此力称为表面张力，其单位是 表面张力是液体的搬弄是重要特性之一。与所处的温度、压力、浓度以及共存的另一相的组成有关。纯液体的表面张力通常是指该液体与饱和了其本身蒸 气的空气共存的情况而言。11.2.2溶液的

3、表面吸附纯液体表面层的组成与内部组成层相同，因此，液体降低体系表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。对于溶液则由于溶质会影响表面张力，因此可 以调节溶质在表面的浓度来降低表面自由能。根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比溶液的内部来得大；反之溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度来得低，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。从热力学方法可知它们之间的关系遵守Gibbs吸附方程:式中:C c r =RT c c T(11.2)r 表面吸附量(mol m-2 )（溶液表面张力（N m-1）T 热力学温度（K）C 溶液浓度(m

4、ol m-3)气体常数(8.3145J. K-1. mol-1)。以表面张力 a对溶液浓度C作图，可得到（7C曲线，在 aC曲线上任选点I作切线，即可得该点所对应浓度Ci的斜率（d（/dci）T，可求得不同浓度下的和得出r C的关系图。在一定的温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir等温式表示:Kcr r式中：1 Kc-2 ) Po 表面饱和吸附量 (mol m(11.3)K 经验常数（与溶质的表面活性大小有关 将（11.3）式转化成直线方程为：C C 1(11.4)r rK r若以C/ rc作图可得一直线，由直线斜率可求出roo假若在饱和吸附的情况下，在气液界面上铺满一单分子层，

5、则可应用下式求得被测物质的分子横截面积So:1(11.5)23mol-1)o式中为阿佛加德罗常数(6.022 X 10N11.3最大泡压法2将被测液体装于测定管中，使玻璃管下端毛细管端面与液面相切，液面沿毛细管上升。打开分液漏斗的活塞，使水缓慢下滴而减少系统压力。这样毛细管内 液面受到一比试管中液面上大的压力，当此压力差在毛细管端面上产生的作用力 大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口逸出，这一最大压力差可由数字式微压差测量仪读出。其关系式为:2pmax。nPmax= P大气-P系统=R如果毛细管半径为r,（11.6）气泡由毛细管口逸出时受到向下的总压力为气泡在毛细管受到的表面张力3的

6、作用力为JT出时，上述两力相等，即：、2 _Pm ax= n2 P =(70A2（7。刚发生气泡自毛细管逸(11.7)(11.8)芦r PJl-1最丈气泡法测定表面张力的装置若用同一根毛细管，对两种具有表面张力为式谶压差和 2咙的液嗣言，则有下列关系: 芾百丈昔的试昔；&毛细管P 2 = K P11:15= (2 P1/(11.9)式中K为仪器常数。11.4实验仪器和试剂恒温装置带有支管的试管 （附木塞）毛细管（半径为0.150.02mm）容量瓶(50mL) A A A数字式微压差测量仪3洗耳球移液管滴管正丁醇（分析纯）11.5实验步骤11.1.4将仪器洗涤干净并按图n -11-1装置。对需干

7、燥的仪器作干燥处理。11.1.5调节恒温为30 C。0.02、0.05、0.10、0.15、11.1.6正丁醇溶液配制：分别准确配制311.2.3mol.d正丁醇溶液各100mL（注：纯正丁醇的加入量分别为: m0.20、0.25、0.30、0.1482、0.3706、0.7412、1.1118、1.4812、1.8530、2.2236、2.5942g，加水至近100mL ,在 30 C 恒温15min，用30 C恒温的蒸馏水加至100.00mL刻度）。11.1.7仪器常数测定：先以蒸馏水作为待测液测定其仪器常数。方法是在测定管中注入蒸馏水，将干燥的毛细管垂直地插到使毛细管的端点刚好与水面相切

8、，置于恒温水浴内恒温 10min。注意使毛细管保持垂直并注意液面位置，然后按图n -11-1接好系统。打开滴液漏斗，控制滴液速度，使毛细管逸出的气泡速度约为5s10s1个。在毛细管口气泡逸出的瞬间最大压差约在700Pa800Pa左右（否则需调换毛细通过手册查出实验温度时水的表面张力，利用公式（11.9），求出仪器常数K。加入适量样品于11.1.8待测样品表面张力的测定，用待测溶液洗净试管和毛细管， 试管中，按照仪器常数测定的方法，测定已知浓度的待测样品的压力差 入公式（11.9）计算其表面张力。11.5实验注意事项11.5.1测定用的毛细管一定要洗干净，否则气泡可能不能连续稳定地流过，而使压

9、差计读数不稳定，如发生此种现象，毛细管应重洗。11.5.2毛细管一定要保持垂直，管口刚好与液面相切。应读出气泡单个逸出时的11.5.3气泡形成速度应稳定；在数字式微压差测量仪上， 最大压力差。11.6数据记录及处理（一）实验数据11.6正丁醇溶液的配制表1.正丁醇溶液的配制室温 25.00C；实验温度30.00 C；大气压 96.18 kPa#2#3#c cccc4#c 厂cccA ccc-5#A f-CCrc ccc8# 100mC f-CCl容量瓶c ccc10 f-CCV止醇/mi0.20000.50001.0001.5002.0002.5003.0003.500c 正丁醇=p 正丁醇

10、V正丁醇/M3) /mol dm 3, M 正丁醇=74.12g molp-3正丁醇 /(100 X10止丁醇=0.8098g ?dmc ,-30.021850.054630.10930.16390.21850.27310.32780.3824止醇11.7仪器常数的测定待测物质表2.仪器常数的测定室温 25.00； 实验温-30.00C ； 大气压AphO /Pa96.18kPa1-29.4529 氷0-5 H 22O69平均值1692692CT-1/N m仪器常数K-1-1/N m Pa69?7.118 10-1-1）计算公式:AK= (H2O/ pH2O (N m Pa11.8正丁醇溶液表

11、面张力的测定11.9作（c图，求出曲线上不同浓度c点处的（? T?c）t,p，并计算相应浓度的1N(T11.1011.1.111.2.50.741411.811.5.5(T2 =0.06769-0.1362c+0.15426 c050100150200250300350400-3c/mol m图1. Tc关系曲线图-4c+1.54201 10-7c2(N?m 曲线拟合方程：产 0.06769-1.3621210(? T?c)t,p=- 1.36212 10-4+2 X1.54201 10e ；大气压r-2/ molm2.40 0虫96.18 kPac/r-1/m2.09 107150.00.0

12、50739.00-5X05.3510-62.8010/200.00.046627.45-5X05.9110-63.38107250.00.043275.91-5X05.8610-64.26107-55.20 10-65.77 107 300.00.040704.37102.39 X07382.50.055614.18 10-6-510.5 10图2. cl Pc关系直线图65m2 mol-1, r-6 m-2 mol-1 直线斜率 k= 1/= 1.729 X10-= 5.784 X 1011.11求乙醇分子的横截面积So。7S0=1/L E=1.729 X 105/(6.022 X 1023

13、)=0.287 X 10-18m2=0.287 nm 2（二）实验数据11.1.11乙醇溶液的配制c表1.乙醇溶液的配制室温 25.00c ；实验F温度350.00 C ；大气压96.18kPa卡2#4#5#.16#-7#-8#容量L瓶编号1m 乙醇 /g4.28878.914811.18418.02624.39630.18534.96544.389c乙醇=m乙醇/M乙醇/(100-3X 10)/-3 fmol dmM乙醇=!46.08g .-1mol乙醇-30.93091.93512.42763.91275.29546.55207.58959.6351/mol dm11.1.12仪器常数的测

14、定1室温 25.00A表2.仪器常数的测定kPaC ；实验温度30.0(- 1）C;大气压96.18待测物质PHeO /Pa仪器常数K-1 -1/N m Pa-12平均值/N mHbO1038103810381038-27.118 X0-511.2.6 X 10-111.1.1-1）计算公式:K=O 7X口、/芬M、/后一rtrt P上力的测1定3乙醇溶液表面张氏力的测疋*-FT*、.、，、 .、.卜表3.乙醇溶液表乏面张力的测疋E室温,?500实验温度3000k气压9618kPa乙醇浓度/103m.oJ. m -3 1ZTp/PaB丄/古(T-13mo|. m-3123平均值/N m0.74

15、157927947937930.0543811.96726726726720.0460811.5.66356356356350 04354(H2O/ pHPa2O (N m273.25355355355350.03669327.104744744744740.03250382.64364364364360.02990150.14174174174170.02860200.13853853853850.02640r。11.1.14作（c图，求出曲线上不同浓度c点处的（？水?c）T,p，并计算相应浓度的._5N(T曲线拟合方程:11.1211.1.111.2.70.741611.1C11.5.72

16、 o=0.06769-0.1362c+0.15426c327.110.050.10产 0.06769-0.1362C+(?(/?c)T,p=- 0.1362+2-2) r= -C/8.3145/303.15 d Xdc(mol m0.150.200.25 0.300.350.40-3c/mol m图1. (rc关系曲线图20.15426c0.15426c表3.乙醇溶液表面张力的计算室温乙醇浓度25.00 C ；实1 验温度30.00-(? T?c)t,pC ;大气压96r5.18kPac/r-3( /mol m-1/N.m2 -1/N m mol-2/ mol m-1/m3c cc r士1 小

17、-5-6/til8382.7 103150.20.0492611.31108.352 10-5200.2 X04.970 X0-6250.1103.018 1080 1030 045606 540 10-5.5 189%0-6,3 854 108,2.0 1032.500 100.042675.3635.319W64.7001033.0 100.040234.546 10-55.411 X0-65.544 10833 500100.038133.94110-55.473 X0-66.395 10830.036303.467 10-55.501 X0-67.2711084.0 10o o0.034693.077 10-55.493 X0-68.193 1085.446 00-60.033259.181 0082.745 10-535.0 1035.500 100.3196-52.458 10-65.364 0810.25 1010-6-2g =5.665X 10mol m8m0r52-1”斜率=1/ rTr*rg=1.765 X 10 m mol3-3c/10 mol m图2. c/ rc关系直线图5m2 mol-1,10-6 m-2 mol-1 直线斜率 k= 1/rg= 1.765 Xg= 5.665 X