實驗七最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力.doc

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1、 寧 波 工 程 學(xué) 院 物理化學(xué)實驗報告 專業(yè)班級 姓名 序號 同組姓名 指導(dǎo)老師 實驗日期 實驗名稱 最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力 一、實驗?zāi)康? 1．掌握最大氣泡壓力法測定表面張力的原理和技術(shù)。 2．通過對不同濃度乙醇溶液表面張力的測定，加深對表面張力、表面自由

2、能、表面張力和吸附量關(guān)系的理解。 二、實驗原理 1、 表面濃度與內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象叫做溶液的表面吸附。在指定的溫度和壓力下，溶質(zhì)的吸附量與溶液的表面張力及溶液的濃度之間的關(guān)系遵循吉布斯吸附等溫式： Γ = –（c/RT）*（dγ/dc） ① 式中，Г為溶液在表層的吸附量；γ為表面張力；c為吸附達到平衡時溶液在介質(zhì)中的濃度。 根據(jù)朗格謬爾（Langmuir）公式： Γ =?！轐c/（1＋Kc） ② ?！逓轱柡臀搅?，即表面被吸附物鋪滿一層分子時的?！?

3、 c/Γ =（1＋Kc）/（?！轐） = c/?！蓿?/?！轐 ③ 以c/Г對c作圖，則圖中該直線斜率為1/Г∞。 由所得的Г∞代入Am=1/Г∞L可求被吸附分子的截面積（L為阿伏伽德羅常數(shù)）。 2、 本實驗用氣泡最大壓力法測定溶液的表面張力，其儀器裝置如圖1所示： 圖1、最大氣泡壓力法測量表面張力的裝置示意圖 1、 恒溫套管；2、毛細管（r在0.15～0.2mm）；3、U型壓力計（內(nèi)裝水）；4、分液漏斗；5、吸濾瓶；6、連接橡皮管。 將待測表面張力的液體裝于表面張力儀中，使毛細管的

4、端面與液面相切，液面即沿毛細管上升，打開抽氣瓶的活塞緩緩抽氣，毛細管內(nèi)的液面上受到一個比A瓶中液面上大的壓力，當(dāng)此壓力差——附加壓力（△P=P大氣–P系統(tǒng)），附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑成反比，其關(guān)系式為： ΔP=2γ/R ④ 式中，ΔP為附加壓力；γ為表面張力；R為氣泡的曲率半徑。 根據(jù)上式，R=r時的最大附加壓力為： ΔP最大= 2γ/r ⑤ 實際測量時，使毛細管端剛與液面接觸，則可忽略氣泡鼓起所需克服的靜壓力，這樣就可以直接用上式進行計算。 當(dāng)將其它參數(shù)合并為常數(shù)K時，則上式變?yōu)?/p>

5、： γ=KΔP最大 ⑥ 式中儀器常數(shù)K可用已知表面張力的標準物質(zhì)測得。 三、儀器藥品 1、儀器：最大泡壓法表面張力儀1套，洗耳球1個，移液管(50ml和10ml)各一支，燒杯（500mL）。 2、藥品：正丁醇（分析純），蒸餾水。 四、實驗步驟 1、儀器的準備與檢漏 將表面張力儀容器和毛細管先用洗液洗凈，再順次用自來水和蒸餾水漂洗，烘干后按圖5-9接好，檢查是否漏氣。 2、儀器常數(shù)的測定 調(diào)節(jié)液面與毛細管相切，并調(diào)節(jié)分液漏斗，使氣泡由毛細管尖端成單泡逸出，且速度控制在每分鐘形成氣泡5~10個（

6、數(shù)顯微壓差測量儀為5~10s），當(dāng)氣泡剛脫離管端的一瞬間，壓力計中液位差達到最大值，當(dāng)顯示的最大值比較穩(wěn)定時，記下數(shù)據(jù)，重復(fù)調(diào)節(jié)2次并記下相應(yīng)的數(shù)值。再由手冊查出實驗溫度時水的表面張力，求得儀器常數(shù)K。 3、表面張力隨溶液濃度變化的測定 在上述體系中，按濃度從高到低的順序依次測定預(yù)先配好的正丁醇溶液的△P最大值，每次置換溶液前都先用溶液潤洗2次，再按2方法測定。 五、實驗數(shù)據(jù)記錄及處理 1、實驗數(shù)據(jù)的記錄 恒溫槽溫度 室溫 大氣壓 γ水 30℃ 26.3℃ 100.26KPa 71.1810-3N.m-1 濃度/moldm-3 水(0.00) 0.02

7、0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.16 0.20 0.24 Δp最大/pa 663.33 629.67 581.67 547.67 528.33 500 485.33 450.67 427.67 407.67 Δp最大，1/pa 662 632 582 547 526 499 486 451 429 409 Δp最大，2/pa 665 628 581 548 530 500 485 450 428 407 Δp最大，3/pa 663 629 582 548 529 501 485

8、 451 426 407 γ/mN/m 71.18 67.57 62.42 58.77 56.69 53.65 52.08 48.36 45.89 43.75 Г10-6molm-2 0 1.54 2.81 3.82 4.57 5.05 5.27 4.92 3.52 1.06 c/Г107 m-1 0 1.30 1.42 1.57 1.75 1.98 2.28 3.25 5.68 22.64 2、計算儀器常數(shù)K值 ∵γ = KΔp ∴K=γ水/ΔP最大=0.07118/663.33=1.07310-4m 根

9、據(jù)K值得到一組γ值，γ= KΔp 以γ(N/m)--c (mol.m-3)作圖如下: 由上圖得，γ-c的關(guān)系式為γ=4.1520410-7c2-2.1030710-4c+0.07086 由此得 dγ/dc=8.3004810-7c-2.1030710-4，其中c的單位為mol.m-3 根據(jù)Γ = –（c/RT）*（dγ/dc） 便可求出不同濃度下的Γ 和c/Γ ，結(jié)果見上表 3、繪制Γ-c等溫線 通過公式Γ = –（c/RT）*（dγ/dc）就得一組Γ。 以Γ10-6mol.m-2-- c /（ mol.m-3）作圖如下： Γ-c等溫線

10、 4、計算Am c/Γ-c等溫線 從圖中得出：斜率1/Γ∞=6.493*105 即?！?1.540*10-6 molm-2 所以，Am=1/?！轑=1/（1.540*10-6*6.02*1023） =10.787*10-19 m2 六、注意事項 1.儀器系統(tǒng)不能漏氣。 2.所用毛細管必須干凈、干燥，應(yīng)保持垂直，其管口剛好與液面相切。 3.讀取壓力計的壓差時，應(yīng)取單個逸出時的最大壓力差。 七、結(jié)果與討論 實驗結(jié)果與理論值較接近，誤差也在允許范圍內(nèi)。存在誤差的原因有： 1． 實驗過程中有時出現(xiàn)的氣泡為一連串，導(dǎo)致測得的值有偏差。 2． 所用的毛細管需要潤洗，在潤

11、洗過程中也有可能由于潤洗不徹底導(dǎo)致實驗誤差。 八、思考題 1.毛細管尖端為何必須調(diào)節(jié)得恰與液面相切？否則對實驗有何影響？ 答：如果將毛細管末端插入到溶液內(nèi)部，毛細管內(nèi)會有一段水柱，產(chǎn)生壓力Pˊ，則測定管中的壓力Pr會變小，△pmax會變大，測量結(jié)果偏大。 2.最大氣泡法測定表面張力時為什么要讀取最大壓力差？如果氣泡逸出的很快，活幾個氣泡一齊出，對實驗結(jié)果有無影響？ 答：如果毛細管半徑很小，則形成的氣泡基本上是球形的。當(dāng)氣泡開始形成時，表面幾乎是平的，這時 曲率半徑最大；隨著氣泡的形成，曲率半徑逐漸變小，直到形成半球形，這時曲率半徑R和毛細管半徑r相等，曲率半徑達最小值，根據(jù)拉普拉斯(Laplace)公式，此時能承受的壓力差為最大：△pmax = p0 - pr = 2σ/γ。氣泡進一步長大，R變大，附加壓力則變小，直到氣泡逸出。最大壓力差可通過數(shù)字式微壓差測量儀得到。如氣泡逸出速度速度太快，氣泡的形成與逸出速度快而不穩(wěn)定；致使壓力計的讀數(shù)不穩(wěn)定，不易觀察出其最高點而起到較大的誤差。 （注：文件素材和資料部分來自網(wǎng)絡(luò)，供參考。請預(yù)覽后才下載，期待你的好評與關(guān)注。）