物化实验报告6-最大气泡压力法测定溶液及表面张力

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1、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.吉布斯吸附等温式:Γ=-（c/RT）/（dγ/dc）（1）式中，Г为溶液在表层的吸附量；γ为表面张力；c为吸附达到平衡时溶液在介质中的浓度。朗格谬尔（Langmuir）公式：Γ=Γ∞Kc/（1＋Kc）（2）Γ∞为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的Г。c/Γ=（1＋Kc）/Γ∞K=c/Γ∞＋1/Γ∞K（3）以c/Г对c作图，则图中该直线斜率为1/Г∞。由所

2、得的Г∞代入Am=1/Г∞L可求被吸附分子的截面积（L为阿伏伽德罗常数）。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: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。2）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，毛细管内的液面上受到一个比A瓶中液面上大的压力，当此压力差——附加压力（△p=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液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱出

3、，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：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，直到形成半球形，这时的曲率半径R和毛细管的半径r相等，曲率半径最小值，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：Δp最大=2γ/r(5）实际测量时，使毛细管端刚与液面接触，则可忽略气泡鼓

4、起所需克服的静压力，这样就可以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=KΔp最大（6）式中仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。三、仪器药品：1.仪器：最大泡压法表面张力仪1套，洗耳球1个，移液管(50ml和10ml)各一支，烧杯（500mL）2.药品：正丁醇（分析纯），蒸馏水四、实验步骤：1、仪器的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5-9接好，检查是否漏气。2、仪器常数的测定对体系抽气，调节抽气速度，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且每个气泡形成的时间为10

5、~20s（数显微压差测量仪为5~10s）。若形成的时间太短，则吸附平衡就来不及在气泡表面建立起来，测得的表面张力也不能反映该浓度之真正的表面张力值。当气泡刚脱离管端的一瞬间，压力计中液位差达到最大值，记录压力计两边最高和最低度数，连续三次，取平均值。再由手册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，按浓度从高到低的顺序依次测定预先配好的正丁醇溶液的值，每次置换溶液前都先用溶液润洗2次，再按2方法测定。五、数据处理：室温：28.7℃大气压力：99.94KPa恒温槽温度：30.82℃γ水：71

6、.18mN.m-1浓度mol/dm-3ΔP最大1ΔP最大2ΔP最大3ΔP平均γmN/mΓ*106mol.m-2c/Γ×10-7m-1水620622625622.371.180.02602605598601.768.831.451.380.04563567567565.764.722.661.500.06540540538539.361.703.631.650.08498497497497.356.894.361.830.10485484485484.755.454.852.060.1247147046947053.775.112.350

7、.16434439436436.349.914.903.270.2041441541641547.483.745.350.2439940039839945.641.6214.8表一数据记录1、计算仪器常数K：∵γ=KΔp∴K=γ水/Δp最大，水=71.18/622.3=0.1144mm由K计算各个浓度下的正丁醇溶液的γ值’2、计算dγ/dc值：由图一得到曲线方程：y=0.071–0.198x+0.377x2∴dy/dx=-0.198+0.754x即dγ/dc=-0.198+0.754c根据公式：Γ=-（c/RT）*（dγ/dc）可求得不

8、同浓度下的Γ和c/Γ，记录在表一中3、绘制Γ-c,c/Γ-c等温线Γ*106mol.m-2C（mol/dm-3）图二（Γ-c等温线）c/Γ×10-7m-1C（mol/m-3）图三c/Γ-c等温线从图中得出斜