文档库

最新最全的文档下载
当前位置:文档库 > 物化实验报告6-最大气泡压力法测定溶液的表面张力

物化实验报告6-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)通过对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。

二、实验原理:

1.吉布斯吸附等温式:Γ = -(c/RT)/(dγ/dc)(1)

式中,Г为溶液在表层的吸附量;γ为表面张力;c为吸附达到平衡时溶液在介质中的浓度。

朗格谬尔(Langmuir)公式:Γ =Γ∞Kc/(1+Kc)(2)

Γ∞为饱和吸附量,即表面被吸附物铺满一层分子时的Г。

c/Γ =(1+Kc)/Γ∞K = c/Γ∞+1/Γ∞K (3)以c/Г对c作图,则图中该直线斜率为1/Г∞。由所得的Г∞代入A m=1/Г∞L可求被吸附分子的截面积(L为阿伏伽德罗常数)。

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:

物化实验报告6-最大气泡压力法测定溶液的表面张力

1)恒温套管;2)毛细管(r在0.15~0.2mm);3)U型压力计(内装水);4)分液漏斗;5)吸滤瓶;6)连接橡皮管。

2)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:Δp=2γ/R (4)式中,Δp为附加压力;γ为表面张力;R为气泡的曲率半径。

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:

Δp 最大 = 2γ/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:

γ=K Δp 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、仪器药品:

1.仪器:最大泡压法表面张力仪1套,洗耳球1个,移液管(50ml 和10ml)各一支,烧杯(500mL )

2. 药品:正丁醇(分析纯),蒸馏水

四、实验步骤:

1、仪器的准备与检漏

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5-9接好,检查是否漏气。 2、仪器常数的测定

对体系抽气,调节抽气速度,使气泡由毛细管尖端成单泡逸出,且每个气泡形成的时间为10~20s (数显微压差测量仪为5~10s )。若形成的时间太短,则吸附平衡就来不及在气泡表面建立起来,测得的表面张力也不能反映该浓度之真正的表面张力值。当气泡刚脱离管端的一瞬间,压力计中液位差达到最大值,记录压力计两边最高和最低度数,连续三次,取平均值。再由手册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,按浓度从高到低的顺序依次测定预先配好的正丁醇溶液的最大p 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、数据处理:

室温:28.7℃ 大气压力:99.94KPa

恒温槽温度:30.82℃ γ水:71.18 mN.m -1

浓度 mol /dm -3 ΔP 最大1 ΔP 最大2 ΔP 最大3 ΔP 平均 γ mN/m Γ*106mol.m -2 c/Γ×10-7 m -1 水 620 622 625 622.3 71.18 0.02 602 605 598 601.7 68.83 1.45 1.38 0.04 563 567 567 565.7 64.72 2.66 1.50 0.06 540 540 538 539.3 61.70 3.63 1.65 0.08 498 497 497 497.3 56.89 4.36 1.83 0.10 485 484 485 484.7 55.45 4.85 2.06 0.12

471

470

469

470

53.77

5.11

2.35

0.16 434 439 436 436.3 49.91 4.90 3.27 0.20 414 415 416 415 47.48 3.74 5.35 0.24 399 400 398 399 45.64 1.62 14.8

表一数据记录

物化实验报告6-最大气泡压力法测定溶液的表面张力

1、计算仪器常数K:

∵γ = KΔp

∴K =γ水/Δp最大,水= 71.18/622.3= 0.1144 mm

由K计算各个浓度下的正丁醇溶液的γ值’

2、计算dγ/dc值:

由图一得到曲线方程:y = 0.071– 0.198x +0.377x2

∴dy/dx = -0.198+ 0.754x

即dγ/dc = -0.198 + 0.754c

根据公式:Γ= -(c/RT)*(dγ/dc)可求得不同浓度下的Γ和c/Γ,记录在表一中

3、绘制Γ-c ,c/Γ-c等温线

Γ*106mol.m-2

C( mol/dm-3)

图二(Γ-c等温线)

c/Γ×10-7 m-1

物化实验报告6-最大气泡压力法测定溶液的表面张力

C( mol/m-3)

图三c/Γ-c等温线

=4.7*105所以Γ∞=2.13*10-6 mol·m-2

从图中得出斜率1/Γ

所以A m=1/(Γ∞L)=1/(2.13*10-6*6.02*1023)=7.80*10-19 m2

六结果与讨论:

1、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。

2、实验过程时速度控制比较难,气泡总是一连串冒出的,很难控制每分钟形成气泡5~10

个,导致读数会有所误差;因为最大压力差才是表面张力所能承受的最大压力,气泡出去太快会使压力差变小。

3、实验过程中使用的毛细管都是同一个,虽然每次换溶液时都润洗两次了,但还是不

能润洗干净,会对下一组溶液造成干扰,影响溶液浓度,从而使读数产生偏差;

4、本实验结果准确的关键在于仪器必须洗涤清洁,毛细管应保垂直,其端部应保持平

整,溶液恒温后,体积略有改变,应注意毛细管平面与液面接触处要相切。控制好出泡速度、平稳地重复出现压力差。