最大气泡压力法测定溶液的表面张力

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1、宁波工程学院物理化学实验报告专业班级化工班姓名序号实验日期2012.4.24同组姓名指导老师实验名称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、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之间的关系遵守吉布斯吸附等温式：Г=－c/RT(dγ/dc)(1)式中，Г为溶质在表层的吸附量；γ为表面张力；c为吸附达到平衡时溶质在介质中的浓度。根据朗格缪尔公式：Г=Г∞Kc/(1+Kc)(2)Г∞为饱和吸附量，即表面被吸

2、附物铺满一层分子时的Г。由（1）（2）得：c/Г=(1+Kc)/Г∞K=c/Г∞+1/Г∞K(3)以c/Г对c作图，得以直线，该直线的斜率为1/Г∞。2、本实验用气泡最大压力法测定溶液的表面张力，其仪器装置如图所示：最大气泡压力法测量表面张力的装置示意图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。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，毛细管内液面上受到一个比A瓶中液面上大的压力，当此压力差-附和压力(Δp=p大气-p系统)在毛细管端面上产生

3、的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱出，此附和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时球形的。当气泡开始形成时，表面几乎时平的，这时曲率半径最大；随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成球形，这时的曲率半径R和毛细管半径r相等，曲率半径达最小值，根据上式这时附加压力达到最大值。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：Δpmax=2γ/r（5）实际测量时，使毛细管端与液面接触，则可忽略

4、气泡鼓泡所需克服的静压力，这样就可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=KΔpmax（6）式中的仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。一、实验仪器、试剂1、实验仪器：最大气泡压力法表面张力仪1套；洗耳球1个；移液管(50ml和1ml)各1只；烧杯(500ml)1只。2、实验试剂：正丁醇，蒸馏水。二、实验步骤1、仪器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，烘干后按图接好。检查是否漏气。2、仪器常数的测定调节液面与毛细管端相切，并调节分液漏斗，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且速度控制在每分钟形成气泡5-10个。当气泡刚脱离管端

5、的一瞬间，压力计中液位差达到最大值，此时记录下Δp最大值；改变气泡逸出速率(控制在每分钟5-10个)，再依此记录2次，取其平均值。再由手册中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，按浓度从低到高的顺序依次测定预先配好的正丁醇溶液的Δp最大值，每次置换溶液前都先用新溶液润洗2次，再按2方法测定。五、数据记录与处理1、实验数据记录：室温:26.5℃；大气压力:99.66kPa；恒温槽温度:25℃；γ水:71.99*10-3N/m表1不同浓度下正丁醇的表面张力浓度mol·dm-3水0.020.040.060.080.100.120.160.20

6、0.24Δp最大/Pa591.3551.3514.3485.7456.3440423.3398.3370354Δp最大,1/Pa595550516486458441423399370354Δp最大,2/Pa591552515485456440423398370354Δp最大,3/Pa588552512486455439424398370354γ×10-3(N/m)71.9967.0962.5959.1155.5353.5551.5248.4745.0343.082、实验数据处理：1、在25℃下水的表面张力为γ水=71.99*10-3N·m-1仪器常数K=γ水/ΔPmax=71.99*10

7、-3/591.3=1.217*10-4γ=KΔpmax,所以可求出γ。图1γ-c等温线图由图1可得γ-c的关系式为γ=0.07029-2.0395×10-4c+3.8463×10-7c2由此得到dγ/dc=7.6926×10-7c-2.0395×10-4将不同的c值代入上式，就可以得到在不同浓度c下的dγ/dc了。再根据Г=－c/RT(dγ/dc)来求得不同浓度下的Г值和c/Г值。数据记录如下：浓度mol·m-32040608010