最大泡压法测定溶液的表面张力实验报告

物理化学实验报告物理化学实验报告12012年02月21日总评：姓名：学校：陕西师范大学年级：2010级专业：材料化学室温：10.0℃大气压:100kpa一、实验名称：最大泡压法测定溶液的表面张力二、实验目的：（1）了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系；（2）通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇分子的横截面积，掌握气泡最大压力法测定表面张力的原理和技术。技能要求：掌握自动界面张力仪的使用方法，实验数据的作图处理方法.三、实验原理：（1）表面张力的物理意义：在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的吉布斯自由能的增值称为表面吉布斯自由能（J·m-2），用γ表示。也可以看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（N·m-1）；（2）影响表面张力的因素：液体的表面张力与温度有关，温度越高，表面张力越小。液体的表面张力与液体的浓度有关，在溶剂中加入溶质，表面张力就会发生变化；（3）表面张力与吸附量的关系：表面张力的产生是由于表面分子受力不均衡引起的，当加入一种物质后，对某些溶液（包括内部和表面）及固体的表面结构会带来强烈的影响，则必然引起表面张力的改变。如果溶质加入能降低表面吉布斯自由能时，边面层溶质浓度比内部大；反之增加表面吉布斯自由能时，则溶液在表面的浓度比内部小。由此可见，在指定温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力有关，即吉布斯等温吸附方程：Γ=-（d/dc）T（c/RT）其中Γ为溶质的表面超额，c为溶质的浓度，为溶液的表面张力：1）若d/dc＜0，Γ＞0，为正吸附，表面层溶质浓度大于本体溶液，溶质是表面活性剂。2）若d/dc＞0，Γ＜0，为负吸附，表面层溶质浓度小于本体溶液，溶质是非表面活性剂。溶液的饱和吸附量：c/Γ=c/Γ∞＋1/KΓ∞分子的截面积：B=1/（Γ∞L）L=6.02×1023物理化学实验报告物理化学实验报告2四、实验数据及处理：以纯水(25℃)的测量结果计算仪器毛细管常数K′，纯水的表面张力查书附录。查表得：温度：25℃水的表面张力：0.07197N/m仪器常数K′：0.0735实验数据记录：浓度增压力差Δp1/Pa减压力差Δp2/PaΔpp1p2p3p平均p1p2p3p平均Δp1-Δp2蒸馏水1.08702.17393.26094.34785.43486.52177.60878.6957根据上表绘制曲线：2、拟合曲线y=ax2+bx+c，由直线斜率求其饱和吸附量，并计算乙醇分子的横截面积B，附图：拟合二次函数得到：y=0.000262889x2-0.0055x+0.06227求导：y’=0.000525778x-0.0055物理化学实验报告物理化学实验报告3实验数据分析：c/mol·L-11.08702.17393.26094.3478/N·m-10.0574390.0507840.046710.042622(d/dc)-0.004928-0.004357-0.003785-0.003214c//mol·m-22.1623*1063.82298*1064.98234*1065.64017*106c/mol·L-15.43486.52177.60878.6957/N·m-10.0407240.0386850.0356580.033797(d/dc)-0.002643-0.002071-0.001500-0.000928c//mol·m-25.79659*1065.45157*1064.60505*1063.25704*106根据上表绘制c/--c曲线：计算：＝1/245115B＝1/L＝4.07168*10-19五、讨论思考：1.与文献值（见书中附录）对照，检验你的测定结果，并分析原因。答：绘制出的曲线不是很符合特征（标准）曲线，可能是实验数据误差较大引起的，归结起来可能由以下原因引起：（1）出泡速率不能太快。因为出泡速率快将使表面活性物质来不及在气泡表面达到吸附平衡，也将使气体分子间摩擦力和流体与管壁间的摩擦力增大，这将造成压力差增大，使表面张力测定值偏高。所以要求从毛细管中溢出的气泡必须单泡溢出，有利于表面活性物质在表面达到吸附平衡，并可减少气体分子及气体与管壁之间的摩擦力，才能获得平衡的表面张力；（2）毛细管插入溶液中的深度直接影响测量结果的准确性。假如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静压力。为了减少静压力的影响，应尽可能减少毛细管的插入和深度，使插入深度△h接物理化学实验报告物理化学实验报告4近0。毛细管内的空气压力与管口处的液体表面张力平衡，插入一定深度后，需增加空气压力才能抵消这一深度的液柱压力，使实验测得的表面张力值偏高。而该实验装置中，随着滴液漏斗中水的不断流出，滴液的速度会减慢，装置的此处有待改进。另外，毛细管的竖直以及毛细管进入液面的深度，对于测定结果都有一定的影响。2.表面张力测定仪的清洁与否和温度之不恒定对测量结果有何影响？答：如果玻璃器皿的不清洁和温度不恒定，则气泡不能连续平稳地通过，从而使压差计读数不稳定。由于溶液折光率、浓度等随着温度变化而变化，若温度不稳定，则难以测得溶液的准确浓度。