最大气泡法测定液体表面张力

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1、最大气泡法测定液体表面张力一、 实验目的1． 掌握最大气泡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、表面自由能和表面吸附量关系的理解。二、  实验原理在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。可是在液体表面层的分子却不相同。因为表面层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力。这种吸引力使表面上的分子向内挤促成液体的最小面积。要使液体的表面积增大就必须要反抗分子的内

2、向力而作功增加分子的位能。所以说分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的变化值ΔG称为单位表面的表面能其单位为J．m-3。而把液体限制其表面及力图使它收缩的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力，其单位是Nm-1。液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。欲使液体表面积增加△S时，所消耗的可逆功A为：-A=△G=σ△S液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。液体的表面张力也与液体的纯

3、度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化。把溶质在表面层中与本体溶液中浓度不同的现象称为溶液的表面吸附。使表面张力降低的物质称为表面活性物质。用吉布斯公式(Gibbs)表示： 式中：为表面吸附量(mol.m-2)，σ为表面张力（J.m-2），R为气体常数R=8.314N.m/mol.K。表示在一定温度下表面张力随浓度的改变率。即：<0，Г>0，溶质能降低溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附作用。>0，Г<

4、0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度小于内部的浓度，称为负吸附作用。由此，测定溶液的浓度和表面张力，可以求得不同浓度下溶液的表面吸附量。四、实验步骤1．仪器常数的测定：（1）仔细洗净支管试管与毛细管，连接装置。（2）加入适量的蒸馏水于支管试管中，毛细管端面与液面相切。恒温（250C）10分钟。（3）打开滴液漏斗缓慢抽气，使气泡从毛细管缓慢逸出，调节逸出气泡每分钟20个左右。读出压差计最大高度差，读3次，取平均值。2．待测样品表面张力的测定：用待测溶液洗净支管试管和毛细管后，方法同1，装入待测样品，即6%~50%系列（6%,10%,

5、15%,20%,25%,30%,35%,50%）的乙醇溶液。测定气泡缓慢逸出时的最大压差。五、数据记录与处理由于需要在实验数据绘制的曲线图上作切线，求斜率，手工作图将会有很大的随意性并带来误差，因此应该用计算机处理数据。以下是手工处理数据的步骤：1．计算仪器常数并计算溶液的表面张力。2．以浓度C为横坐标，以σ为纵坐标作图，横坐标从0开始，连成光滑曲线。3．在曲线上取7~8个点，求其斜率。m=结果正确的关键在于曲线光滑和切线的确定。如是手工处理，画切线可采用镜面反射法。七、思考题1．表面张力为什么必须在恒温槽中进行测定，温度变化对表面张力有何

6、影响，为什么，2．实验如用U型管压差计，工作液应选什么为宜？3．用最大气泡法测量表面张力时为什么要读最大压差？4．滴液漏斗的放液速度对本实验有何影响？八、进一步考虑的问题一般教科书都用上式来分析Г—c的关系，并将Г∞称为饱和吸附量。但是，表面吸附量Г的概念是一种表面超量(表面过剩)，是指单位面积的表层中所含溶质的量与具有相同质量溶剂的本体溶液中所含溶质的量之差。因此从表面超量角度理解，当浓度较低时，由于溶质(具表面活性)优先排布在溶液表面层，使Г随浓度增加而增加。当浓度增大到一定值后，再增加溶质浓度，必定使溶质在表面层的浓度与在体相中的浓度

7、之差越来越小，直到浓度无限大时，这个差值为零。因此吸附量Г达到极大值后，会逐渐减少，直到Г∞＝0。显然上式没有体现这一特征。