最大泡压法测定溶液的表面张力

《最大泡压法测定溶液的表面张力》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、实验二十一最大泡压法测定溶液的表面张力一、实验目的和要求1、掌握最大泡压法测定溶液表面张力的原理和方法;2、测定不同浓度正丙醇水溶液的表面张力;3、计算正丙醇水溶液的吸附量。二、实验原理垂直作用于单位长度线段上的液体表面紧缩力，称为表面张力。液体的表面张力与温度、压力、物质的性质及组成有关。温度越高，表面张力愈小。溶液的表面张力也与液体的浓度有关。测定溶液的表面张力有多种方法，较为常用的有最大泡压法、脱环法和扭力天平法。本实验使用最大泡压法测定溶液的表面张力，其实验装置见图2-21-1。将待测体置于支管试管中，使毛细管端面与液面相切，液面随毛细管上

2、升。打开滴液漏斗缓慢放液，减小系统压力。此时，由于毛细管液面所受压力大于支管试管液面所受压力，毛细管液面不断下降，将从毛细管缓图2-21-1表面张力测定装置慢析出气泡。在气泡形成的过程中，由于表面张力的作用，则气泡内外的压力差△P（即施加于气泡的附加压力）与表面张力、气泡的曲率半径之间的关系可用由拉普拉斯方程表示，即：（2-21-1）如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的见图2-21-2。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大（a）；随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，当曲率半径等于毛细管半径时，气泡呈半球形，气泡曲率半径最小（b

3、），△P最大；气泡进一步长大，气泡曲率半径变大（c），△P则变小，气泡逸出。气泡形成过程△P的变化是由小变大再变小。当毛细管半径等于曲率半径时附加压力达最大值。式式中为毛细管半径，在实验中若使用同一支毛细管，则是常数，称图2-21-2气泡形成过程中其半径变化情况为仪器常数，用来表示，（2-21-2）如果将已知表面张力的溶液作为标准，由实验测得其，即可由上式求得K值，然后只要用同一仪器测定其它溶液的，即可求得各种溶液的表面张力。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克服的静压力，这样就可直接用上式计算溶液的表面张力。在定温下纯液体的

4、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。根据能量最低原理，溶质能降低溶剂表面张力时，表面层中溶质的浓度比溶液内部的浓度高；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低。这种表面浓度与内部浓度不同的现象叫做溶液表面的吸附。在指定的温度和压力下，溶质在表面层的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度之间的关系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程:（2-21-3）式中，为溶质在表层的吸附量，单位为mol.m-2；为表面张力；为吸附达到平衡时溶质在介质中的浓度。吉布斯吸附等温方程应用

5、范围很广，但上述形式仅适用于稀溶液。恒温下绘制－曲线见图2-21-3，并在曲线作不同浓度的切线，把这些切线的斜率代入式（2-21-3）中，即可求出不同浓度时的溶质吸附量。图2-21-3表面张力与浓度的关系三、实验仪器和药品表面张力测定装置；DP-AW精密数字微压差计（压差计）；容量瓶；正丙醇；吸耳球；移液管；蒸馏水。四、实验步骤1、打开数字显微压差计（其使用见第5章的5.11）电源开关，预热15min，。2、配制系列正丙醇溶液（实验员已经配好）0.02、0.05、0.08、0.10、0.12各50mL。3、仪器准备（1）洗涤：将表面张力仪的支管试管

6、和毛细管先用洗液洗净，再顺次用自来水和蒸馏水漂洗。（2）检漏：加入适量的蒸馏水于支管试管中，插入已洗净的毛细管，使毛细管上端塞紧塞子时，毛细管刚好与液面垂直相切。将表面张力仪其余各部分按图2-21-1装妥，分液漏斗中装满中自来水，旋开下端的活塞，使压差计显示一定的数值，旋紧分液漏斗，此值保持一段时间不变，说明装置不漏气。（3）采零：打开支管试管上的活塞，使体系与大气相通，在数字微压差计上，按下"采零"键，读数应显示"00.00"。将单位调至选"kpa"键，5、仪器常数的测定将分液漏斗中装满自来水，旋开下端活塞使水缓慢滴出。有气泡从毛细管缓慢逸出，控

7、制水的滴出速度，使气泡逸出的速度为每分钟10个左右。观察数字微压差计中的示数，记录数值(只记录数据)，每隔2min读一次，连续测三次。6、正丙醇系列溶液表面张力的测定用同样方法按浓度由低到高的顺序依次测定不同浓度的正丙醇水溶液，记录其值。每次更换溶液时，都要用待测溶液洗涤支管试管和毛细管内壁2-3次。7、实验完毕，读取实验的准确温度。关闭所有电源，支管试管和毛细管后装满蒸馏水，毛细管浸入蒸馏水中。五、实验数据记录及处理1、实验数据记录将实验所测数据填入表2-21-1中。室温℃实验温度：℃大气压kpa2、从附录中查出实验温度时，水的表面张力，根据公式

8、，算出仪器常数K的值。3、根据公式，计算正丙醇系列溶液的表面张力，填入表2-21-2中，并绘制－曲线。表2-21-1表面张