物理化学实验b-表面张力

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1、实验17溶液表面张力的测定最大气泡法化92张圣夫2009011878同组实验人：陈其斥实验日期：2012年3月7H提交报告日期：2011年3月9日指导教师：王冬1引言1.1实验目的1.测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力。2.根据吉布斯公式计算正丁醇溶液的表面吸附量。3.掌握最大压力气泡法测定表面张力的原理和技术。1.2实验原理在液体内部，任何分子受周围分子的吸引力是平衡的，可是表面层的分子受内层分子的吸引与受表面层外介质的吸引并不相同。所以，表面层的分子处于里不平衡状态，表面层的分子比液体内部分子具有较大第能，如欲使液体产

2、生新的表面就需对其做功。在温度、叶丽和组成恒定时，可逆地使表面积增加创所需做的功为-^W=/dA(1)比例系数卩表示在等温等压下形成单位表面所需的可逆功，其数值等于作用在界面上内单位长度边缘上的力，称为表面张力。在纯物质情况下，表面层的组成与内部的相同，但溶液的情况却不然，加入溶质后溶剂的表面张力发生变化。根据能量最低原则，当溶质降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度比溶液内部的大；反Z,溶质使溶剂在表面张力升高时，它在表面层屮的浓度比在内部的浓度低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。显然，在指定

3、的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的浓度及溶液的表血张力的变化率有关，从热力学可知,它们之间的关系遵守吉布斯吸附公式：式中:RTdcJryr吸附量，mol•tn~2;Y表面张力，N•m;c溶质的浓度，mol•m~3T热力学温度，K;R摩尔气体常数，8.314J•mol•K“。当[Ur]<0时，「vo称为正吸附；当1血丿「』>0时,r<()称为负吸附。溶于溶液中能使其表面张力降低的物质称为表面活性物质，工业和日常生活川广泛应用的去污剂、乳化剂、润滑剂以及起泡剂等都是表血活性物质。他们的主要作用发生在界面上。如果作曲线，

4、开始时卩随c的增加而下降较快，以后的变化比较缓慢。根据7—c曲线，可以用作图法求出不同浓度的「值。在丫曲hh'=Z,则乙二丿丄］，带入（2）时，r=—。从了―C线上任dc）vRT収一点a,过a点作曲线的切线以及平行于横坐标的直线分别交纵坐标轴于b、b令曲线上収不同的点，就可以得出不同的Z值，从而可以求出不同浓度下的吸附量。1+kc吸附量与浓度之间的关系可以用朗格缪尔等温吸附方程表示。在一定温度下，吸附量与溶液浓度之间有如下关系：(3)式中「00为饱和吸附量，k为常数。上式可以改写为如下形式:(4)若以%对°作图，应为

5、一直线，其斜率的倒数即为由于单位面积上的分子数为几厶（厶为阿弗加徳罗常数），所以每个分子在表面上所占的面积，即分子的截面积为：1(5)nJ我们还可以从下式求出表面活性物质饱和吸附分子层的厚度:(6)其屮M为溶质摩尔质量，°为溶质密度。本试验中采用最大气泡法测定液体表面张力。将待测液体装入大试管中，使毛细管的端面与液面相切，打开抽气装置的阀门，使瓶内的水缓慢滴出，导致试管逐渐减压，压力差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，气泡就从毛细管口被压出。这个压力差可以通过计算机被记录。连续记录6个气泡从生成到

6、破裂的过程。2实验操作2.1实验药品、仪器型号仪器与药品表面张力仪1套,1000ml,500ml烧杯各一个,100ml容量瓶7个，50ml、25ml移液管各一支，滴管1支，洗耳球1个。0.4000mol/L,0.5000mol/L正丁醇水溶液。1•烧杯；2.抽气用的滴液漏斗；3.精密数字微压差测量仪；1.恒温槽；5.支管试管；6•毛细管；2.2实验操作步骤及注意事项：1）配制溶液：用实验室已准备好的0.4mol・dmU0.5mol・dnf3正丁醇水溶液分别稀释配制0.3、0.2、0.25、0.15、0.1、0.05、0.

7、025mol•dm-3的正丁醇水溶液。2）测定仪器常数。用去离子水充分洗净大试管和毛细管，并往大试管屮注入适量去离子水，使毛细管端口与水面刚好垂直相切。必须充分清洗大试管和毛细管，按照要求进行操作，直到符合规定为止，不可急躁。注意控制相切的操作，该步骤对实验的影响较大。将大试管安装在水浴中，给抽气瓶注满水，检查活塞，打开三通管与大气相连，单击开始，稳定1（）〜20秒后，关闭与大气相连的三通管，打开抽气瓶的活塞，使瓶内的水漫漫滴出，观察微压压差计的读数和计算机数据采集界面采集数据的变化。稳定后，记录5-6个峰值稳定的气泡吐

8、出的数据。单击完成，并命名存盘。3）测定正丁醇水溶液的表面张力。方法同2）,分别测定0.5、0.4、0.3、0.25、0.2、0.15、0.1、0.05、0.025mo]•dm"的正丁醇水溶液。注意每次测量前应用待测溶液清洗大试管和毛细管。测定完毕后退出。4）注意事项1.毛细管要和液面垂直并刚好接触，毛细管和液面是否