最大泡压法测定溶液的表面张力

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1、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、实验原理1、表面自由能：从热力学观点看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总的自由能减小的过程。2、溶液的表面吸附：根据能量最低原则，当表面溶质的浓度比溶液内部大时，溶质能降低溶剂的表面张力；反之，溶质始溶剂的表面张力升高时，表面层中溶质的浓度比内部的低。这种表面浓度与溶液内部浓度不

2、同的现象叫做溶液的表面吸附。显然，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有关，从热力学方法可以知它们之间的关系遵循吉布斯吸附方程：Γ=-式中Г为表面吸附量（单位为mol·m-2）；T为热力学温度（K）；c为稀溶液的浓度（mol·L-1）；R为摩尔气体常数。(dσ/dc)T﹤0，则Г﹥0，称为正吸附；(dσ/dc)T﹥0，则Г﹤0，称为负吸附。有些物质溶入溶剂后，能使溶剂的表面张力显著降低，这类物质称为表面活性物质。活性物质具有显著的不对称结构，他们是由亲水的极性基团和憎水的非极性基团构成的。以表面张力对

3、浓度作图，可得σ-c曲线，如图Ⅱ-24-2所示。从图中可以看出，在开始时σ随浓度增加而迅速下降，以后的变化比较缓慢。在σ-c曲线上任选一点i作切线，即可得该点所对应浓度ci的斜率(dσ/dci)T。再由（Ⅱ-24-2）式，可求得不同浓度下的Г值。3．饱和吸附与溶质分子的横截面积吸附量Г与浓度c之间的关系，可用朗谬尔吸附等温度式表示：Г=Г∞（Kc）/（1+Kc）式中Г∞为饱和吸附量，K为常数。将上式取倒数可得：c/Г=c/Г∞+1/KГ∞如作c/Г-c图，则图中直线斜率的倒数即为Г∞。如果以N为代表1m2表面上溶质的分子数，则

4、有：N=Г∞L式中L为阿伏加德罗常数，由此可得每个溶质分子在表面上所占据的横截面积为：σB=1/（Г∞L）因此，若测得不同浓度溶液的表面张力，从σ-c曲线上求出不同浓度的吸附量Г，再从c/Г-c直线上求出Г∞，便可计算出溶质分子的横截面积σB。4．最大泡压法本实验用最大泡压法测定亚醇水溶液的表面张力，实验装置如下图所示：当毛细管下端端面与被测液体液面相切时，液体沿毛细管上升。打开抽气瓶的活塞缓缓放水抽气，此时测定管中的压力pr逐渐减小，毛细管中的大气压力p0就会将管中液面压至管口，并形成气泡。其曲率半径恰好等于毛细管半径r时，

5、根据拉普拉斯公式，此时能承受的压力差为最大：△pmax=p0-pr=2σ/γ随着放水抽气，大气压力将把该气泡压出管口。曲率半径再次增大，此时气泡表面膜所能承受的压力差必然减少，而测定管中的压力差却在进一步加大，故立即导致气泡破裂。最大压力差可通过数字式微压测量仪得到。用同一根毛细管分别测定具有不同表面张力（σ1和σ2）的溶液时，可得下列关系：σ1=(r/2)*△p1;σ2=(r/2)*△p2;σ1/σ2=△p1/△p2σ1=σ2*(△p1/△p2)=K′△p1式中K′称为毛细管常数，可用已知表面张力的物质来确定。三、实验仪器和

6、试剂表面张力测定装置一套DP－A精密数字压力计、恒温水浴蒸馏水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、0.7moldm-3正丁醇水溶液四、实验步骤1开启DP－A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DP－A精密数字压力计的“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

7、遍，记录。3同上法，测量0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.7mol·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。实验者梁美瑶古嘉情谭苑娴实验时间2011/3/30室温℃始：23.4末：24.4大气压kPa始：102.09末：101.97溶液浓度/mol*dm-30.000.050.100.200.300.400.500.70Pmax1/kpa-0.574-0.478-0.436-0.367-0.316-0.291-0.280-0.239Pma

8、x2/kpa-0.573-0.474-0.436-0.367-0.320-0.290-0.281-0.242Pmax3/kpa-0.580-0.479-0.436-0.365-0.319-0.291-0.283-0.242Δpmax/kpa-0.576-0.477-0.436