7实验七-最大气泡压力法测定溶液的表面张力

宁波工程学院物理化学实验报告专业班级化工144姓名屠嘉辉学号14402010417同组姓名赵若阳指导老师蒋仲庆、胡爱珠实验日期2016.5.9实验名称实验七最大气泡压力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.通过不同浓度乙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。3.了解表面张力的影响因素。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：Γ=(-c/pT)*(dγ/dc)(1)式中，Γ为溶质在表层的吸附量；γ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：Γ=Γ∞*(Kc/1+Kc)(2)式中Γ∞为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的Γ∞。c/Γ=(Kc+1)/KΓ∞（3）以C/Γ对C作图，得一直线，该直线的斜率为1/Γ∞由所求得的Γ∞代入Am=1/Γ∞可求被吸附分子的截面积（L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，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口液体的表面张力时，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正比，其关系式为：△P=2γ/R(4)式中，△P为附加压力；γ为表面张力；R为气泡的曲率半径。根据上式，R=r时的最大附加压力为：△P最大=2γ/r（5）式中r为毛细管半径实际测量时，使毛细管端刚与液面接触，则可忽略气泡鼓泡所需要克服的静压力，这样就可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：γ=K△P最大（6）式中的仪器常数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：最大气泡法表面张力仪1套，洗耳球1个，烧杯2个试剂：正丁醇（分析纯），蒸馏水四、实验步骤1．仪器准备与检漏：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，烘干后按图接好。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5~10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Δp最大值；改变气泡逸出速率(控制在每分钟5~10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Δp最大值，每次置换溶液前都先用溶液润洗2次，再按2方法测定。五、数据记录与处理室温：23.9℃大气压力：100.63kPa恒温槽温度：25℃γ水：71.97*10-3N·m-1浓度mol·dm-3水0.020.040.060.080.100.120.160.200.24Δp最大/Pa416.6338.6333328315.3301.6301.3299.6287.6286Δp最大,1/Pa415339332328314302301299288286Δp最大,2/Pa416338334327317301301300287285Δp最大,3/Pa419339333329315302302299288287γ/10-3N·m-171.9758.2257.1956.5154.1051.8751.8751.3549.4749.291、在25℃下水的表面张力为γ=71.97*10-3N·m-1计算仪器常数K=γ/ΔPmax=71.97*10-3/419=1.718*10-4绘制γ-c等温线2、做切线求Γ，c/Γ浓度mol·dm-30.020.040.060.080.100.120.160.200.24斜率*10-5-21.28-19.33-13.60-11.49-10.81-8.78-7.69-6.15-5.25根据Γ＝－RTc(c)T，当C=0.02mol·dm-3时，Γ=1.72*10-6浓度mol·dm-30.020.040.060.080.100.120.160.200.24Γ(mol·m-2)*10-61.723.113.393.714.364.254.964.965.08c/Γ(m-1)*10611.612.8617.6921.5622.9428.2532.2540.3247.243、绘制Γ-c，c/Γ-c等温线，求Γ∞并计算Am从图中得出斜率k=0.1621*106，1/Γ∞=0.1621*106，所以Γ∞=6.169*10-6mol·m-2根据Am=1/(Γ∞L)，得Am=2.60*10-19m2，此值与理论值2.4×10-19～3.2×10-19m2符合。六、思考题1.毛细管尖端为何必须调节得恰巧与液面相切？否则对实验有何影响？答：为了防止液面产生的压力差对实验产生影响，将会导致Δp最大值偏大。2.最大气泡法测定表面张力时为什么要读最大压力差？如果气泡逸出的很快，或几个气泡一齐出，对实验有无影响？答：读最大压力差才能知道曲率半径。如果气泡逸出的很快，导致Δp最大值偏大。七、结果与讨论实验结果与理论值较接近，误差也在允许范围内。存在误差的原因有：1.实验过程中，毛细管周边存在一定的液面高度，导致实验数据偏大。2.所用的毛细管需要润洗烘干，但是实际情况中并不能保证烘干，所以有误差。3.仪器本身存在漏气等现象。