實(shí)驗(yàn)五表面張力的測(cè)定-zwj

1、實(shí)驗(yàn)五表面張力的測(cè)定張文佳 2004011823分4 （同組實(shí)驗(yàn)者：吳博坤）實(shí)驗(yàn)日期：2007-5-10,提交報(bào)告日期：2007-5-24帶實(shí)驗(yàn)的老師姓名：張帆1引言 1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 明確表面張力、表面自由能和吉布斯吸附量的物理意義。2. 掌握最大壓力氣泡法測(cè)定表面張力的原理和技術(shù)。3計(jì)算表面吸附量和吸附質(zhì)分子的截面積。1.2實(shí)驗(yàn)原理1）本實(shí)驗(yàn)中，利用d公式，求出不同濃度時(shí)氣一液界面上的吸附RM.dc ；量r。式中r為表面超量（mol?m-2） , b為溶液的表面張力（J?m-2）, T為熱力學(xué)溫度（K）, c為溶液的濃度（mol?dm-3）, R為氣體常數(shù)。c c 1c2）利用一二KT，

2、若以-c作圖，得一直線，由直線的斜率可求出若以N代表1m2表面上溶質(zhì)的分子數(shù)，則在飽和吸附時(shí)N = r ：Na式中的Na為阿佛加德羅常數(shù)，求出每個(gè)溶質(zhì)分子在表面上所占據(jù)的橫截面積。3）其中用最大氣泡法測(cè)定表面張力：該測(cè)定方法的裝置和原理如下圖所示。將下口齊平的毛細(xì)管垂直插入試液，并使管口剛好與液面相切，則可看到毛細(xì)管內(nèi)形成凹液面。然后從滴液漏斗中放水抽氣，隨著毛細(xì)管內(nèi)外壓差逐漸增大，泡的曲率半徑由大變小，當(dāng)氣泡的半徑等于毛細(xì)管的內(nèi)半徑時(shí)，其半徑達(dá)到最小值，而泡內(nèi)壓力達(dá)到最大值，此時(shí)的泡內(nèi)外壓最大差P可由壓力計(jì)測(cè)出，所以根據(jù)泡內(nèi)最大的附加壓力和毛細(xì)管的內(nèi)半徑r，就可計(jì)算表面張力(25.13)rP

3、 = k ：p2（25.14）式中k為儀器常數(shù)，其值可用已知表面張力的物質(zhì)測(cè)定。最大壓力氣泡法與接觸角 無(wú)關(guān)，不需要液體的密度數(shù)據(jù)，且裝置簡(jiǎn)單，測(cè)定迅速，因此，本實(shí)驗(yàn)選用此法。2實(shí)驗(yàn)操作2.1實(shí)驗(yàn)藥品、儀器型號(hào)儀器與藥品1）表面張力儀1套2）1000ml燒杯一個(gè)3）100ml容量瓶5個(gè)4）50ml、25ml移液管各一支5）滴管1支6）洗耳球1個(gè)0.4mol/L正丁醇水溶液。7）數(shù)字化的表面張力測(cè)定儀與電腦的處理軟件。1燒杯；2抽氣用的滴液漏斗；3精密數(shù)字微壓差測(cè)量?jī)x；4恒溫槽；5支管試管；6毛細(xì)管；2.2實(shí)驗(yàn)條件（實(shí)驗(yàn)溫度、濕度、壓力等）室溫20C左右，常壓。2.3實(shí)驗(yàn)操作步驟及方法要點(diǎn)1）配

4、制溶液：用實(shí)驗(yàn)室已準(zhǔn)備好的 0.4mol -dm-3正丁醇水溶液分別稀釋配制0.3、0.2、0.1、0.05、0.025mol - dm-3的正丁醇水溶液。 注意實(shí)驗(yàn)室的五個(gè)容量瓶上都有標(biāo)簽，在配溶液時(shí)要專瓶專用，不能混用，一來(lái)是可以防止混淆，二來(lái)是可以保證一定的精確度。實(shí)驗(yàn)儀器中只提供了 25ml和50ml規(guī)格的移液管，故不能直接從0.4M直接得到0.05M、 0.025M的溶液?？赏ㄟ^(guò)以下方法來(lái)配制 0.05M和0.025M的溶液：先用25ml移液管移取0.4M 的溶液至100ml容量瓶中，配制成0.1 M的溶液。然后用50ml移液管和25ml移液管分別移 取0.1M溶液至100ml容量瓶

5、中，既可配制得到0.05M和0.025M的溶液了。我自己在生化 實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)告訴自己，溶液不能一下稀釋很多倍，最好是逐步稀釋，這樣比較準(zhǔn)確。2）數(shù)據(jù)測(cè)定，電腦采集：A、打開電源，檢查儀器裝置與藥品。讀取水浴溫度計(jì)的讀數(shù)。水浴溫度計(jì)示數(shù)：23.70 CB、打開計(jì)算機(jī)，選擇數(shù)據(jù)采集 -表面張力，雙擊進(jìn)入。C、測(cè)定儀器常數(shù)。用去離子水充分洗凈大試管和毛細(xì)管，并往大試管中注入適量去離子水，使毛細(xì)管端口與水面剛好垂直相切。必須充分清洗大試管和毛細(xì)管，按照要求進(jìn)行操作，直到符合規(guī)定為止，不可急躁。注 意控制相切的操作，該步驟對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響較大。將大試管安裝在水浴中，給抽氣瓶注滿水，檢查活塞，打開三通管

6、與大氣相連，單擊開 始，穩(wěn)定1020秒后，關(guān)閉與大氣相連的三通管，打開抽氣瓶的活塞，使瓶?jī)?nèi)的水漫漫滴出, 觀察微壓壓差計(jì)的讀數(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集界面采集數(shù)據(jù)的變化。穩(wěn)定后，記錄5 6個(gè)峰值穩(wěn)定的氣泡吐出的數(shù)據(jù)。單擊完成，并命名存盤。D、測(cè)定正丁醇水溶液的表面張力。方法同4,分別測(cè)定0.4、0.3、0.2、0.1、0.05、0.025mol dm-3的正丁醇水溶液。注意每次測(cè)量前應(yīng)用待測(cè)溶液清洗大試管和毛細(xì)管。測(cè)定完畢23.70 C后退出。此時(shí)，仍需觀察并讀取水浴溫度計(jì)的讀數(shù)。水浴溫度計(jì)示數(shù):3) 運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室提供的軟件初步數(shù)據(jù)處理選擇并雙擊物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，選擇并雙擊表面張力，輸入平均溫度、溶液濃度、

7、正丁醇密 度、水的表面張力，點(diǎn)擊打開，選擇已測(cè)定完畢的該溶液濃度的文件并打開，將光標(biāo)移動(dòng)到 三通管與大氣相連起始的1020秒處，點(diǎn)擊壓力端點(diǎn)1,再將光標(biāo)移動(dòng)到開始吐泡的最高點(diǎn)，點(diǎn)擊壓力端點(diǎn)2，差值 E就會(huì)顯示出來(lái)，多次選擇，顯示值為平均值。點(diǎn)擊提交，溶液濃 度和差值厶E就會(huì)在下表顯示出來(lái)。再輸入另一溶液的測(cè)定數(shù)據(jù)。輸入正丁醇的密度 0.8252g/ml以及20 C的水的表面張力值 0.07228N/m，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)處理，就可以得到計(jì)算結(jié)果。3結(jié)果與討論3.1原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表格1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄c(mol/L)表面張力 (N/m)吸附量卩(mol/m 2)0.0250.07035732.11587E-06

8、0.050.06366443.17381E-060.10.05827743.80857E-060.20.04929914.23174E-060.30.04570784.53401E-060.40.04081054.76071E-06dY在0.025M0.4M之間，取15個(gè)點(diǎn)，根據(jù) Z =C()T P得到15個(gè)z值，見(jiàn)下表。de表格2數(shù)據(jù)處理表C0 (mol/L)Z (N/m)C0 (mol/L)Z (N/m)0.0250.00529820.2250.01300460.050.00794730.250.01324550.0750.00953670.2750.01344930.10.0105964

9、0.30.01362390.1250.01135330.3250.01377530.150.01192090.35000010.01390770.1750.01236240.37500010.01402460.20.0127157用軟件計(jì)算所得的：飽和吸附量r=6.3476E-6mol/m 2，分子截面積 Q=2.6169E-19m 2,分子層厚度d=5.7007E-10m 。3.2計(jì)算的數(shù)據(jù)、結(jié)果1、從數(shù)據(jù)中，用表面張力對(duì)濃度c作圖，如下：圖2 正丁醇表面張力-濃度圖正丁醇表面張力-濃度圖濃度(mol/L)力張面表2、在上述曲線上，取出15個(gè)點(diǎn)，做出各個(gè)點(diǎn)的切線，求Z值以及】、C/】的值。利

10、用公式：卜=Z/RT求出不同c下的丨（c），以及c/丨。表格三實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算c/mol/Lz/(N/m)r /( mol/ m2)c /(mol/L/(mol/m2)0.0250.00529822.17496E-0611494.47930.050.00794733.26244E-0615325.97230.0750.00953673.9149E-0619157.58600.10.01059644.34991E-0622988.95850.1250.01135334.66063E-0626820.41790.150.01192094.89363E-0630652.07320.1750.012362

11、45.07487E-0634483.62370.20.01271575.21991E-0638314.87060.2250.01300465.3385E-0642146.65960.250.01324555.43739E-0645977.91700.2750.01344935.52105E-0649809.32460.30.01362395.18222E-0657890.23990.3250.01377535.65488E-0657472.47970.35000010.01390775.70923E-0661304.23750.37500010.01402465.75722E-0665135.

12、618470000.0000量附嚴(yán)度濃正丁醇c/吸附量-c曲線60000.000050000.000040000.000030000.000020000.000010000.00000.0000濃度作cr.關(guān)于c的曲線，得到:圖3 正丁醇C/丨-C曲線由上圖可以看到 R2=1，線性很好，關(guān)系式為：c 二153260c + 7663由此，我們可以計(jì)算得到：由斜率可以求得最大吸附量：“二=1/153260=6.52486E-06 mol / m2分子的截面積：Q = 115326022.54585E-19m2匚cNa 6.02 汽 10吸附分子層厚度為:74.117153260 0.8252 10

13、6= 5.86043E-10m其中，正丁醇的密度為 0.8252g/cm3,分子量為 M = 74.117。3.3討論分析3.3.1數(shù)據(jù)分析比較表格4比較計(jì)算機(jī)處理結(jié)果與自己處理的結(jié)果計(jì)算機(jī)處理結(jié)果手工處理結(jié)果誤差最大吸附量（mol/m/m）6.3476E-66.52486E-62.79%分子截面積（m2）2.6169E-192.54585E-19-2.71%分子層厚度（m）5.7007E-105.86043E-102.80%3.3.2誤差分析本實(shí)驗(yàn)中的誤差主要是有以下幾個(gè)原因造成的：1, 毛細(xì)管的端口與液面相切。由于實(shí)驗(yàn)要測(cè)定的是最大的氣泡，故端口與液面相切測(cè)得的應(yīng)該是最準(zhǔn)確的，但是由于這在

14、實(shí)驗(yàn)操作上很難實(shí)現(xiàn)，而且重復(fù)性差，所以我們統(tǒng)一采用將端口插到液面以下，以保證多次測(cè)量的可比較性。2, 濃度。由于實(shí)驗(yàn)中和數(shù)據(jù)處理中多次用到濃度，該實(shí)驗(yàn)中濃度是最關(guān)鍵的量之一。為了保證濃度的準(zhǔn)確性，在配制溶液的過(guò)程中需要非常小心，而且在樣品槽更換溶液的時(shí)候，需要用待測(cè)液多次洗滌，以保證濃度的準(zhǔn)確性。3, 抽真空用的水的滴速。過(guò)快或過(guò)慢都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響，故在實(shí)驗(yàn)已開始的時(shí)候調(diào)節(jié) 好后就不再調(diào)節(jié)，以保證在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中滴速的穩(wěn)定。3.3.3異常現(xiàn)象分析無(wú)異?，F(xiàn)象。4結(jié)論計(jì)算機(jī)處理結(jié)果手工處理結(jié)果:最大吸附量（mol/m/m）6.3476E-66.52486E-6分子截面積（m2）2.6169E-

15、192.54585E-19分子層厚度（m）5.7007E-105.86043E-105參考文獻(xiàn)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)講義網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)清華大學(xué)出版社物理化學(xué)朱文濤編清華大學(xué)出版社6附錄6.2思考題1）測(cè)量前，如果壓力計(jì)中兩邊液面不一樣高，對(duì)測(cè)量結(jié)果有何影響？答：如果壓力計(jì)兩邊的液面不一樣高， 則無(wú)法準(zhǔn)確地測(cè)量壓力， 使得測(cè)量得到的壓力產(chǎn) 生偏差，致使結(jié)果與預(yù)期不能符合。 現(xiàn)在已經(jīng)不再使用這種壓差計(jì)進(jìn)行測(cè)量， 而改用電子壓 力計(jì)，使得這一問(wèn)題不再存在。2）為什么說(shuō)儀器的干凈及樣品的純凈是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵？答：因?yàn)閷?shí)驗(yàn)利用的是儀器內(nèi)外壓力差產(chǎn)生的氣泡來(lái)測(cè)定表面張力，故如果儀器不干凈 或藥品被污染，一方面，表

16、面張力可能被改變，另外一方面，濃度的準(zhǔn)確性在該次實(shí)驗(yàn)中很 重要，如果濃度因此而不準(zhǔn)，這個(gè)曲線肯定不準(zhǔn)。3）氣泡形成速度的快慢對(duì)結(jié)果有何影響？如果每次出23 個(gè)氣泡對(duì)結(jié)果有何影響？答：氣泡形成速度關(guān)系到峰值曲線測(cè)定的準(zhǔn)確程度： 出得太快， 峰值太密， 系統(tǒng)可能沒(méi)有辦法準(zhǔn)確測(cè)量峰值， 也就是峰值被捕捉的概率很??； 而且，出的太快，氣泡兩側(cè)的壓強(qiáng)可能沒(méi)有平衡，這樣我們得到的額結(jié)論是不對(duì)的。出得太慢， 氣泡與溶液接觸時(shí)間太長(zhǎng)， 會(huì)使氣體有部分溶于溶液中， 導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不準(zhǔn)。 所以， 要通過(guò)調(diào)節(jié)抽氣瓶的活塞來(lái)控制氣泡產(chǎn)生的速度， 在允許的范圍內(nèi)， 可以稍慢一 些。如果每次出 2-3 個(gè)氣泡，會(huì)使屏幕上的峰值有較大