物理化学最大气泡法测表面张力

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1、实验溶液表面张力的测定¾¾最大压力气泡法一、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。二、实验原理1.表面张力在恒温、恒压及组成不变的条件下，使表面积可逆地增加dA，体系自由能的增量dG应等于环境对体系所做的表面功-δw′即dG＝-δw′＝σdA(1)式中σ为比例常数，物理意义：恒温恒压组成不变的条件下，增加单位表面积时引起体系自由能的增加值，称为比表面自由能，其量纲为J·m-2。其量纲又可以写成N．m－1,σ还可

2、称为表面张力，其物理意义是沿着与表面相切的方向，垂直作用于表面单位长度上的力。表面张力是液体的重要特性之一，它与所处的温度、压力、浓度以及共存的另一相的组成有关。2.溶液的表面吸附在一定的温度和压力下，溶液表面吸附量与溶液的表面张力和溶液浓度之间的关系：(2)式中Γ为表面吸附量（mol·m-2）,σ为溶液的表面张力（J·m-2），T为热力学温度（K），c为溶液的浓度（mol·dm-3），R为气体常数。由吉布斯吸附等温式可看出，只要测得某—温度下不同浓度溶液的表面张力，以σ~c作图，在σ~c的曲线上作不同浓度下的

3、切线，可获得不同浓度所对应的斜率，将斜率代入（2）式中，即可求出不同浓度时气-液界面上的吸附量Γ。-5-3.饱和吸附量和溶质分子的横截面积在一定的温度下，吸附量Γ与浓度c之间的关系，可用Langmuir吸附等温式表示(3)式中Γ¥为饱和吸附量，K为经验常数，其值与溶质的表面活性大小有关。将上式两边取倒数，即可化成如下直线方程(4)若以~c作图，可得一直线，由直线的斜率可求出Γ¥。若以N代表1m2表面上溶质的分子数，则在饱和吸附时N=Γ¥NA(5)式中的NA为阿佛加德罗常数，由此可得每个溶质分子在表面上所占据的横

4、截面积S=(6)4.表面张力的测定方法测定表面张力的方法有许多种，主要有：(1)毛细管上升法(2)环法(3)滴体积法(4)最大压力气泡法-5-图1表面张力测定装置图1.烧杯；2.抽气用的滴液漏斗；3.精密数字微压差测量仪；4.恒温槽；5支管试管；6.毛细管该测定方法的装置和原理如图1所示。将下口齐平的毛细管垂直插入试液，并使管口刚好与液面相切，则可看到毛细管内形成凹液面。然后从滴液漏斗中放水抽气，随着毛细管内外压差逐渐增大，泡的曲率半径由大变小，当气泡的半径等于毛细管的内半径时，其半径达到最小值，而泡内压力达到

5、最大值，此时的泡内外压最大差可由压力计测出，所以根据泡内最大的附加压力和毛细管的内半径r，就可计算表面张力(7)(8)式中k为仪器常数，其值可用已知表面张力的物质测定。最大压力气泡法与接触角无关，也不需要液体的密度数据，且装置简单，测定迅速，本实验选用此法。三、仪器与试剂-5-玻璃恒温槽1台DP-AW表面张力实验装置1套容量瓶（50ml）8个DP-AW（微压差）精密数字压力计1台烧杯（10ml）1个移液管（2ml,5ml,10ml,25ml）各一支洗瓶1个洗耳球1个二次蒸馏水乙醇（分析纯）铬酸洗液四、实验步骤1

6、、配置溶液用体积法准确配置浓度为2%，5%，10%，15%，20%，25%，30%，35%的乙醇水溶液各50ml.2、仪器准备将表面张力仪、容器和毛细管先用洗液洗净，再依次用自来水和蒸馏水漂洗，按图连接装置。3、仪器捡漏在滴液瓶中盛入水，将毛细管插入样品管中，注意使毛细管保持垂直。打开泄压开关，从侧管加入水，使毛细管管口正好月液面相切。恒温5min后，系统采零，然后关闭泄压开关。此时，将滴液瓶的滴水开关打开放水，使体系内的压力降低，精密数字微压差计显示一定数字时，关闭滴液瓶的开关。若2~3min内精密数字压力计

7、数字不变，则说明体系不漏气，可以进行实验。4、毛细管常数的测量缓慢打开滴液瓶的滴水开关，控制滴水开关，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且每个气泡形成的时间约为5~10s。当气泡刚脱离管端破裂的一瞬间，精密数字微压差计上所显示的压力值最大，记录此压力值，连续读取三次，取其平均值。再由手中查出实验温度时水的表面张力，可求毛细管常数。5、表面张力随溶液浓度变化的测定倒掉蒸馏水。测量不同浓度的乙醇溶液，从稀到浓依次测量。每次测量前必须用待测也冲洗样品管和毛细管（用洗耳球抽洗）三次，确保毛细管内外溶液的浓度一致。然后在样品

8、管中注入适量的待测液，使毛细管管口刚好与液面相切。按上述方法改变溶液的浓度，分别测定各自的压力值。6、实验完毕，使系统与大气相通，关掉电源，洗净玻璃仪器。五、注意事项1、仪器系统不能漏气。2、所用毛细管必须洁净，应保持垂直，其管口刚好与液面相切。-5-3、测定时，待测液浓度要按由稀到浓的顺序测定。样品管和毛细管一定要用待测液润洗。4、读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。