物化實驗報告6-最大氣泡壓力法測定溶液及表面張力

1、.一、實驗目的：1）掌握最大氣泡壓力法測定表面張力的原理和技術。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、表面自由能、表面張力和吸附量關系的理解。二、實驗原理: 1.吉布斯吸附等溫式: = -（c/RT）/（d/dc） （1） 式中，為溶液在表層的吸附量；為表面張力；c為吸附達到平衡時溶液在介質(zhì)中的濃度。 朗格謬爾（Langmuir）公式： =Kc/（1Kc） （2）為飽和吸附量，即表面被吸附物鋪滿一層分子時的。 c/ =（1Kc）/K = c/1/K （3）以c/對c作圖，則圖中該直線斜率為1/。由所得的代入Am=1/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

2、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） 恒溫套管；2）毛細管（r在0.150.2mm）；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。2） 將待測表面張力的液體裝于表面張力儀中，使毛細管的端面與液面相切，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，當此壓力差附加壓力（p=p大氣-p系統(tǒng)）在毛細管端面上產(chǎn)生的作用力稍大于毛細管液體的表面張力時，氣泡就從毛細管口脫出，此附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑成反比，其關系式為： p=2/R （4） 式中，p為附加壓力；為表面張力；R為氣泡的曲率半徑。如果

3、毛細管半徑很小，則形成的氣泡基本上是球形的。當氣泡開始形成時，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，這時的曲率半徑R和毛細管的半徑r相等，曲率半徑最小值，根據(jù)上式這時附加壓力達最大值。氣泡進一步長大，R變大，附加壓力則變小，直到氣泡逸出。根據(jù)上式，R=r時的最大附加壓力為：p最大 = 2/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。 當將其它參數(shù)合并為常數(shù)K時，則上式變?yōu)椋?=Kp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

4、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)的測定對體系抽氣，調(diào)節(jié)抽氣速度，使氣泡由毛細管尖端成單泡逸出，且每個氣泡形成的時間為1020s（數(shù)顯微壓差測量儀為510s）。若形成的時間太短，則吸附平衡就來不及在氣泡表面建立起來，測得的表面張力也不能反映該濃度之真正的表面張力值。當氣泡剛脫離管端的一瞬間，壓力計中液位差達到最大值，記錄壓力計兩邊最高和最低度數(shù)，連續(xù)三次，取平均值。再由手冊

5、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先配好的正丁醇溶液的值，每次置換溶液前都先用溶液潤洗2次，再按2方法測定。五、數(shù)據(jù)處理： 室溫：28.7 大氣壓力：99.94KPa 恒溫槽溫度：30.82 水：71.18 mN.m-1濃度 mol/dm-3P最大1P最大2P最大3P平均 mN/m*106mol.m-2c/×10-7 m-1水620622625622.371.180.02602605598601.768.831.451.380.04563567567565.764.722.661.500.06540

6、540538539.361.703.631.650.08498497497497.356.894.361.830.10485484485484.755.454.852.060.1247147046947053.775.112.350.16434439436436.349.914.903.270.2041441541641547.483.745.350.2439940039839945.641.6214.8 表一數(shù)據(jù)記錄1、計算儀器常數(shù)K： = Kp K =水/p最大，水= 71.18/622.3= 0.1144 mm 由K計算各個濃度下的正丁醇溶液的值2、計算d/dc值： 由圖一得到曲線方程：

7、y = 0.071 0.198x +0.377x2 dy/dx = -0.198+ 0.754x即 d/dc = -0.198 + 0.754c根據(jù)公式： = -（c/RT）*（d/dc） 可求得不同濃度下的和c/，記錄在表一中3、繪制-c ,c/-c等溫線*106mol.m-2 C（ mol/dm-3）圖二（-c等溫線）c/×10-7 m-1C（ mol/m-3）圖三c/-c等溫線從圖中得出斜率1/ =4.7*105 所以=2.13*10-6 mol·m-2所以Am=1/(L)=1/(2.13*10-6*6.02*1023)=7.80*10-19 m2六結果與討論：1、如果毛細管尖端插入液下，會造成壓力不只是液體表面的張力，還有插入部分液體的壓力。2、實驗過程時速度控制比較難，氣泡總是一連串冒出的，很難控制每分鐘形成氣泡510個，導致讀數(shù)會有所誤差；因為最大壓力差才是表面張力所能承受的最大壓力，氣泡出去太快會使壓力差變小。3、實驗過程中使用的毛細管都是同一個，雖然每次換溶液時都潤洗兩次了，但還是不能潤洗干凈，會