实验二十表面张力的测定——最大气泡法

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1、实验二十表面张力的测定——最大气泡法一、实验目的1.掌握最人气泡法测定表面张力的原理和技术。2.通过对不同浓度正丁醇溶液表血•张力的测定，加深对表面张力、表而自由能和表面吸附量关系的理解。3.学习用Matlab处理实验数据。4.使卅《管理系统》完成实验。二、实验原理图20-1分子间作用力示意图在液体的内部任何分了周I韦I的吸引力是平衡的。可是在液体表而层的分了却不相同。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弓I,而且前者的作用要比示者人。因此在液体表而层屮，每个分了都受到垂肓于液而并指向液休内部的不平衡

2、力（如图20—1所示）。这种吸引力使表面上的分子向内挤促成液体的最小而积。要使液体的表面积增人就必须要反抗分了的内向力而作功增加分了的位能。所以说分子在表面层比在液体内部有较人的位能，这位能就是表面自由能。通常把増人一平方米表而所需的最人功A或增人一平方米所引起的表面H由能的变化值AG称为单位表面的表面能其单位为丄m-3o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，称为表而张力，其单位是。液体单位表而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AS时，所消耗的可逆功A为：-A=ZG—cjZXS液休的表面张力与温度有关，

3、温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分,表而张力趋近于零。液体的表而张力也与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）屮如果掺进杂质（溶质），表面张力就耍发牛变化，其变化的人小决定于溶质的本性和加入量的多少。当加入溶质示，溶剂的表而张力要发生变化。把溶质在表面层屮与木体溶液屮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。川吉布斯公式（Gibbs）表示：图20-2最大气泡法表面张力测定装置式屮：为表面吸附ft（mol.m-2）,。为表面张力（Jm・2）。表示在一定温度下表而张力随浓度的改变率。BP：o,溶质

4、能降低溶剂的表面张力，溶液表而层的浓度人于内部的浓度，称为正吸附作用。>o,r

5、：P人气二P系统+AP附加压力与表面张力成正比，与气泡的Illi率半径R成反比。图20-3气泡形成过程若毛细管管径较小，则形成的气泡可视为球形。气泡刚形成时，由于表面几乎是平的，所以Illi率半径R极人；当气泡形成半球形时，Illi率半径R等于毛细管半径「，此时R值最小。随着气泡的进一步增人，R又趋增人，直至逸出液而。R二r时，附加压力最人：最大附加压力由数字微压差计或U型管压差计读出。用数字微压罢可以肓接读出压差的值(Pa),体系的导气管接数字微压差计的负压口(L),正压口(H)与大气相通。若用U型管压差计，压差则以厶人口表示。下式中，p为工作介质

6、密度，g为重力加速度，贝ij：APm=Ahmpga=rAhmpg在实验小，使用同一支毛细管和压差计，rpg为常数(仪器常数)，用K表示，即：a=KAhmo川已知表面张力的液体作为标准，町以测得仪器常数K,也可以测定具它求知液体的表面张力。吸附量与浓度之间的关系可以用Langmuir等温吸附方程式表示：(20-4)「《＞为饱和吸附量,k为经验常数。将上式整理得：(20-5)以C/「8对C作图可得到一条直线，具斜率的倒数为「8。如果以N代表1平方米表面层的分了数，则(20-6)式屮NA为Avogadro常数，则每个分了的截而积为:三、仪器和试剂悝温槽装置

7、；滴液漏斗(250rnL)I个；毛细管(0.2〜0,3mm)1支；T形管1个；正丁醇(AR)；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数字微压差计(或U型管压差计)支管试管((p25x20cm)烧杯(250mL)重蒸饰水连接装直。(2)加入适赧的重蒸镭水于支管试管屮，毛细管端而与液面相切。怛温(200020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。读出压差计最人高度差，读3次，取平均值。2.待测样品表面张力的测定:配制从0.02~0.80mol.L-1系列(0.025,0.05,0.

8、10,0.15,0.20,0.25,0.30,0.40,0.60,0.80)的正丁醇溶液。(正丁醇p=0.8