应用物理化学-最大压差法测表面张力-中国石油大学.doc

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1、中国石油大学化学原理（二）实验报告实验日期：2014.10.24成绩：班级：石工学号：姓名：教师：王增宝同组者：最大压差法测表面张力一、实验目的1.掌握最大压差法测定表面张力的原理及方法；2.测定正丁醇水溶液的表面张力，了解表面张力的概念及影响因素；3.学习Gibbs公式及其应用。二、实验原理由于净吸引力的作用，处于液体表面的分子倾向于到液体内部来，因此液体表面倾向于收缩。要扩大面积，就要把内部分子移到表面来，这就要克服净吸引力作功，所作的功转变为表面分子的位能。单位表面具有的表面能叫表面张力。在一定温度、压力下纯液体的表面张力是定值。但在纯液体中加入

2、溶质，表面张力就会发生变化。若溶质使液体的表面张力升高，则溶质在溶液相表面层的浓度小于在溶液相内部的浓度；若溶质使液体的表面张力降低，则溶质在溶液相表面层的浓度大于在溶液相内部的浓度。这种溶质在溶液相表面的浓度和相内部的浓度不同的现象叫吸附。在一定的温度、压力下，溶质的表面吸附量与溶液的浓度、溶液的表面张力之间的关系，可用吉布斯（Gibbs）吸附等温式表示：式中：—吸附量（mol/L）；c—吸附质在溶液内部的浓度(mol/L)；—表面张力（N/m）；R—通用气体常数（）；T—绝对温度（K）。若，溶质为正吸附；若，溶质为负吸附。通过实验若能测出表面张力与

3、溶质浓度的关系，则可作出曲线，并在此曲线上任取若干个点作曲线的切线，这些曲线的斜率即为浓度对应的，将此值代入上式可求出在此浓度时的溶质吸附量。测定液体表面张力的方法有许多种。本实验采用最大压差法，测定装置如图1。图1表面张力测定装置测定时，将分液漏的活塞打开，使瓶内压力增加，气泡即可通过毛细管（要求它的尖嘴刚刚与液面接触）。从浸入液面的毛细管端鼓出空气泡时，需要高出外部大气压的附加压力，以克服气泡表面张力。如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的（图2）。此时附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式如下：式中：—广口瓶内滴水形成

4、的附加压力；R—气泡的曲率半径；—表面张力（N/m）。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这是曲率半径最大，随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这是曲率半径与毛细管半径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，直到气泡溢出。图2气泡最小曲率半径示意图如果用图1装置，分别测出一种已知表面张力的液体（例如水）和另一未知表面张力液体（如正丁醇水溶液）的附加压力最大值，这时因为R=r，所以,（1）式中：—已知表面张力液体的最大附加压力；—已知液体的表面张力。（2）式中：—已知表面张力液体的最大

5、附加压力；—已知液体的表面张力。因为两种液体的最大附加压力（即最大压差）是在同一仪器的同一毛细管测的。所以，上两式的r是相同的，若将r消去即得：（3）因此，在同一温度下，只要测得ΔP1、ΔP2，再由温度查出已知表面张力液体（水）的表面张力；即可由公式（3）求出未知液体的表面张力。三、实验仪器与药品1．仪器最大压差法测表面张力装置一套，洗瓶，吸耳球。2．药品正丁醇（分析纯），蒸馏水。四、实验操作步骤1．用洗液洗表面张力测定仪的外套管和毛细管。方法是在外套管中放入少量洗液，倾斜转动外套管，使洗液与外套管接触（注意不要让洗液从侧管流出）。再将毛细管插入，这时

6、保持外套管倾斜不动，转动毛细管，使洗液与毛细管接触，再用洗耳球吸洗液至毛细管内，洗毛细管内壁。用完的洗液倒回原来瓶中，然后用自来水充分冲洗外套管和毛细管，最后用蒸馏水冲洗外套管和毛细管各三次，即可进行下面实验。2．在外套管中放入蒸馏水（作为已知表面张力的液体，其表面张力见附录二），将毛细管插入外套管，塞紧塞子，并使毛细管尖端刚碰到液面。如果外套管中液体稍过量，则可用吸耳球将液体吸到毛细管中，将液体移出。通过调节，使毛细管尖端刚碰到液面。3．关闭滴液漏斗下活塞，在分液漏斗内加入自来水。按照图1将表面张力测定装置管线流程接上。4．打开精密数字压力计电源，然

7、后打开漏斗上活塞，将管线内压力放空。按精密数字压力计的采零键，是精密数字压力计的示数置零。5．关闭滴液漏斗上活塞，打开分液漏斗的活塞，使分液漏斗中的水慢慢滴下，这时气泡将通过毛细管端冒出。从精密数字压力计上读取最大压差值，重复读取三个数值，将数据记录在实验记录纸上，取平均值。6．测完蒸馏水的最大压差后，倒掉蒸馏水，用0.02mon/L的正丁醇洗一次外套管和毛细管两次，然后再加入该溶液，按照测蒸馏水的最大压差一样，测定该溶液的最大压差。依次测得0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35mol/L的正丁醇溶液的最大压差。（注意：每

8、更换一次溶液，都应用待定液洗外管套管和毛细管）。7．记录实验温度。五、实验数据处理1.由附录一