七、最大气泡压力法测定溶液的表面张力

1、七、最大气泡压力法测定溶液的表面张力SITY学实验报告实 验 名 称：最大气泡压力法测定溶液的表面张力学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：姓名：学 号：指导教 师：日期：一、实验目的1、把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明白得。二、实验原理1、在一定温度下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时， 表面张力发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。按 照能量最低原理，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层溶质的浓度比溶 液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比 在内部的浓度低，这种表面浓度与内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸 附。在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓 度之间的关系遵循吉布斯吸附等温式：r = -（c/RT） / （dY/dc）式中，r为溶液在表层的吸附量；y为表面张力；c为吸附达到平稳时溶液在介质中的浓度。按照朗格谬尔（Langmuir）公式：r = rKc/ （l+Kc）re为饱和吸附量，即表面被吸

2、附物铺满一层分子时的r-c/r = (l+Kc) / (r-K) = c/r- + i/r-K以c/r对c由所得#伽德罗常数本实实2、所示：作图，则图中该直线代入 Am=1/rr。验Lfl*泡最大压力It斜率为1/r-。附分子的截面积（L为阿伏可求测定溶液碁面张力，其仪器装置如图1图 1、最大气泡压力法测量表面张力的装置示意图恒温套管；2、毛细管（r在0.150.2mm）； 3、U型压力计（内装水）; 4、分液漏斗； 5、吸滤瓶； 6、连接橡皮管。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，打开抽气瓶的活塞慢慢抽气，毛细管内的液面 上受到一个比A瓶中液面上大的压力，当此压力差一一附加压力（AP=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，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：A P=2 Y/R式中，AP为附加压力；Y为表面张力；R为气泡的曲率半径。如果毛细管半径专门小，则形成的气泡差不多上是球形的。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

3、成，曲率 半径逐步变小，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，按照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。按照上式，R=r时的最大附加压力为：AP最大=2Y/r实际测量时，使毛细管端刚与液面接触，则可忽略气泡鼓起所需克服 的静压力，如此就能够直截了当用上式进行运算。当将其它参数合并为常数K时，则上式变为：y=kap最大式中仪器常数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1 0ml）各一支，烧杯（500mL）。2、药品：正丁醇（分析纯），蒸馏水。四、实验步骤1、仪器的预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、仪器常数的测定调剂液面与毛细管相切，并调剂分液漏斗，使气泡由毛细管尖端成单 泡逸出，且速度操纵在每分钟形成气泡510 个（数显微压差测量仪为 51 0s）,当气泡刚脱离管端的一瞬时，压力计中液位差达到最大值，当显示的 最大值比较稳固时，记下数据，重复调剂2 次

4、并记下相应的数值。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AP最大值，每次置换溶液前都先用溶液润洗2次，再按2方法测定。五、实验数据记录及处理1、实验数据的记录恒温槽温度室温大气压Y水30C28.1 C100.14KPa71.18x10-3N.m-1浓度mol.dm-3AP最大APAP2最大，2AP3最大，3Y N/mrx10-6 mol*m-2c/rx107m-1水573.35745725740.071780.02541.35425405420.067181.3711.4590.044994985004990.061932.5561.5650.064774784774760.059203.5531.6890.08462.74644624620.057424.3631.8340.10438.34394374390.054394.9862.0060.12418.34184194180.051915.4212.2140.163873873873870.048035.7302.7

5、920.20361.33623623600.044845.2903.7810.243413413403420.042324.1015.8522、运算 K 值.y = KAp.K=Y 水/AP 最大=0.07118/573.3=0.1241 X 10-3m按照K值得到一组Y值，以Y (N/m)-c (mol.m-3)作图如下:Y = R + 紇瑞n?ErrorP5-2、Y-c等温线ParameterUalueErrort-UalueProti| t|6.362750.S02721-529096-55619A.17B693.18771E-49.S69837-Ee?93E-4-1.8H671E-U1-3G?07E-55-4、c/ r -c 等温线BQ.01784从图 5-3 中得出：y=1.784*105x+5.5468*106则斜率 1/6=1.784*105即8=5.605*10-6 mol m-2因此，Am=1/r*L=(1/5.605*10-6)*6.02*1023=1.074*10-19 m2=10.74 nm2六、实验讨论1 、这次的实验操作的步骤专门简单，确实是实验量比较大，数据比较容易产生误差。从得到的c/r-c等温线来看，得到的数据不是专门理想， 拟合出的直线不够精确。可能的缘故有：在到正丁醇的时候没有直截了 当倒入而是先通过烧杯再倒入；液面没有跟毛细管底部完全相切；没 有等到气泡稳固了再读数。2、本实验是通过测最大气泡来测定溶液的表面张力，运算过程中巧妙 地用求导的方法间接地来求出T-C的切线。所用的毛细管必须洁净，干燥， 应保持垂直，其管口刚好与液面相切；读取压力计的压差时，应取气泡单 个溢出时的最大压力差。3、使用的张力管及毛细管的洗涤要完全。如果毛细管洗涤不洁净，不 仅阻碍表面张力值，而且会使气泡不能有规律地单个连续逸出。毛细管插 入溶液中的深度直截了当阻碍测量结果的准确性，这是因为溶液的静压力 会增加对气泡壁的压强，为了减少静压力的阻碍，应尽可能减少毛细管的 插入和深度，使插入深度与液面刚好相切。

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