最大气泡法测表面张力

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1、物理化学实验报告辽宁科技大学材料与冶金学院2012年10月7日课程名称:物理化学实验题目：最大气泡法测定溶液的表面张力班级：冶金2011-3班姓名：冉术兵学号：120113202031任课教师：班红艳一、实验目的：1.掌握用最大气泡法测定表面张力的原理和技术。2.求正丁醇分子截面积和饱和吸附分子层厚度.3.测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算吸附量。实验原理、装置、内容、步骤、数据记录及结果分析：二、实验原理：溶液中加入溶质后,溶剂的表面张力要发生变化,加入表面活性物质(能显著改变溶剂表面张力的物质)则它们在表面层的浓度要大于在溶液内部的浓度,加入非表面活性物质则它们在

2、表面层的浓度比溶液内部低.这种表面浓度与溶液内部不同的现象叫做溶液的吸附.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浓度有关.从热力学可知,它们的关系遵守吉布斯吸附等温方程:式中，Г为溶质在表层的吸附量;σ为表面张力;C为浓度;R为气体常数;T为绝对温度当<0时，Г>0称为正吸附；当>0时，Г<0称为负吸附。通过实验若能测得表面张力与溶质浓度的关系，则可作出s－C曲线，并在此曲线上任取若干点作曲线的切线，这些切线的斜率就是与其相应浓度的或，将此值代入上式便可求出在此浓度时的溶质吸附量Γ。吉布斯吸附等温式应用范围很广，但上述形式仅适用于稀溶液。-5-本实验采

3、用最大气泡法测定正丁醇水溶液的表面张力值.装置如图.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，打开活塞，毛细管内液面上受到一个比瓶中液面上大的压力，当此压力差—附加压力(Δp=p大气-p系统)在毛细管端面上产生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，此附加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:式中，Δp为附加压力；σ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是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大;随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半

4、球形，这时曲率半径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: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进行计算。当用密度为ρ的液体作压力计介质时，测得与Δp最大相适应的最大压力差为Δh最大则:当将合并为常数K时，则上式变为:式中的仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。-5-饱和吸附与溶质分子的横截面积在σ--c曲线上去任意一点,经过切点a作平行于横坐标的直线，交纵坐标于b′点。以Z表示切线和平行线在纵坐标上

5、截距间的距离，显然Z的长度等于，即,可得,以不同的浓度对其相应的Г可作出曲线，Г=f(C)称为吸附等温线。根据朗格谬尔(Langmuir)公式:Г∞为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的Г，上式可以写为如下形式以C/Г对C作图，得一直线，该直线的斜率为1/Г∞。由所求得的Г∞代入可求被吸附分子的截面积(N0为阿佛加得罗常数)。若已知溶质的密度ρ，分子量M，就可计算出吸附层厚度δ三、实验装置：最大泡压法表面张力仪1套毛细管（0.2～0.3mm）1支吸耳球1个烧杯(250mL)2个。正丁醇(不同浓度)蒸馏水-5-三、实验步骤：(1)在室温22℃下．(2)洗净表面张力仪的

6、各个部件，装好装置,样品管内装入水，通过液面调节阀,使样品管的液面正好与毛细管端面相切．安装时注意毛细管务必与液面相垂直．(3)测定开始时，打开滴液漏斗活塞进行缓慢抽气，使气泡从毛细管口逸出，调节气泡逸出速度以5～10秒一个为宜，读出压力计示数，重复读三次，取其平均值．(4)然后依次加入各浓度的正丁醇,读出压力计示数,重复读三次,取平均值.五、实验记录和结果分析：(1)数据记录及分析(2)根据上述计算结果，绘制σ—C等温线。K=-0.00154(3)由σ—C等温线作不同浓度的切线求Z，并求出Г，C/Г。(4)绘制C/Г—C等温线，求Г∞并计算S和δ。查表得到水在22℃下表

7、面张力σ=72.44×10-3N·m-1密度ρ=0.99823×103kg·m-3正丁醇密度ρ=0.8978×103kg·m-3溶液平均浓度c/mol/dm^30.0500.1000.2000.3000.4000.5000.600△h的平均值/mmH2O44.342.837.335.133.331.528.8表面张力σ/10^-3N·m^-167.865.957.454.151.348.544.4吸附量Γ/10^-3mol·m^-20.003200.003750.003630.003820.003570.003630.0028