實(shí)驗(yàn)五最大泡壓法測(cè)定溶液的表面張力

第一頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日1）測(cè)定不同濃度的正丁醇水溶液的表面張力，根據(jù)吉布斯（Gibbs）吸附公式計(jì)算溶液的表面吸附量和正丁醇分子的橫截面積。2）通過(guò)氣泡最大壓力的測(cè)定，進(jìn)一步了解表面張力的性質(zhì)以及表面張力和吸附的關(guān)系。3）掌握用最大泡壓法測(cè)定表面張力的原理和技術(shù)。Ⅰ實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡诙?yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日

Ⅱ?qū)嶒?yàn)原理由于溶質(zhì)分子的存在，表面濃度與溶液內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象叫做溶液的表面吸附。用熱力學(xué)方法導(dǎo)出了溶液表面張力隨濃度變化率與表面吸附量Γ之間的關(guān)系式。對(duì)兩組分的稀溶液：本實(shí)驗(yàn)就是測(cè)定不同濃度溶液的表面張力，從σ—c曲線上求出不同濃度的吸附量Γ，再?gòu)腸/Γ—c

曲線上求出飽和吸附量?！?，進(jìn)而計(jì)算溶質(zhì)分子的橫截面積A。式中：Γ為單位表面上被吸附物質(zhì)的量（單位：mol/m2），c為物質(zhì)的量濃度。吉布斯吸附公式在σ—c曲線上任選一點(diǎn)i作切線，可得該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的濃度的斜率，再由上式可求得不同濃度下的Γ值。第三頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日朗謬爾（langmair）提出吸附量與濃度c的關(guān)系可表示為：

以c/?！猚作圖，直線斜率的倒數(shù)為?！蕖Ｊ街蠰為阿伏加得羅常數(shù)。那么每個(gè)分子在表面上所占得面積為：A=1/(?！?L)如果以N代表1m2表面上溶質(zhì)的分子數(shù)，則：第四頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日本實(shí)驗(yàn)用最大泡壓法測(cè)定正丁醇水溶液的表面張力。將被測(cè)液裝于滴定管中，使毛細(xì)管端與液面相切。當(dāng)不斷從系統(tǒng)減壓時(shí)，毛細(xì)管出口將出現(xiàn)一小氣泡，且不斷增大。若毛細(xì)管足夠細(xì)，管下端氣泡將呈球缺形，液面可視為球面的一部分。隨著小氣泡的變大，氣泡的曲率半徑將變小。當(dāng)氣泡的半徑等于毛細(xì)管的半徑時(shí)，氣泡的曲率半徑最小，液面對(duì)氣體的附加壓力達(dá)到最大。第五頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日彎曲液面的附加壓力——拉普拉斯方程σσ彎曲表面上的附加壓力Ps或△P第六頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日本實(shí)驗(yàn)用最大泡壓法測(cè)定正丁醇水溶液的表面張力。將被測(cè)液裝于滴定管中，使毛細(xì)管端與液面相切。當(dāng)不斷從系統(tǒng)減壓時(shí)，毛細(xì)管出口將出現(xiàn)一小氣泡，且不斷增大。若毛細(xì)管足夠細(xì)，管下端氣泡將呈球缺形，液面可視為球面的一部分。隨著小氣泡的變大，氣泡的曲率半徑將變小。當(dāng)氣泡的半徑等于毛細(xì)管的半徑時(shí)，氣泡的曲率半徑最小，液面對(duì)氣體的附加壓力達(dá)到最大。氣泡內(nèi)的壓力：氣泡外的壓力：

當(dāng)毛細(xì)管口與液面相切，即h=0，則氣泡外的壓力為：附加壓力第七頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)附加壓力的定義：

式中，k為毛細(xì)管常數(shù)，其值可由σ1及實(shí)驗(yàn)測(cè)得的最大壓力差Pmax(1)求得。（對(duì)球面而言）另外，根據(jù)拉普拉斯（laplace）方程，半徑為r的凹面對(duì)小氣泡的附加壓力為：

對(duì)兩種溶液的表面張力分別為σ1和σ2，用同一支毛細(xì)管測(cè)定時(shí)?？傻茫喝绻詼y(cè)定某已知表面張力的液體（如水）作標(biāo)準(zhǔn)，則另一溶液的表面張力，可迅速測(cè)定其Pmax而求得。即對(duì)同一毛細(xì)管，有：第八頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日Ⅲ實(shí)驗(yàn)步驟

1）調(diào)節(jié)恒溫浴槽為25℃；2）溶液的配制。分別配制0.01mol/L、0.02mol/L、0.05mol/L、0.10mol/L、0.15mol/L、0.20mol/L、0.25

mol/L、0.30mol/L、0.35mol/L的乙醇水溶液待用；（25℃下，正丁醇的密度為0.7985g/mL,摩爾濃度為10.77mol/L。具體操作見教材P379）3）按圖19-1組裝儀器，DP—AW精密數(shù)字壓力計(jì)的調(diào)節(jié)與使用；（見使用說(shuō)明書）第九頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)裝置圖

第十頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日Ⅲ實(shí)驗(yàn)步驟

1）調(diào)節(jié)恒溫浴槽為25℃；2）溶液的配制。分別配制0.02mol/L、0.04mol/L、0.08mol/L、0.12mol/L、0.16mol/L、0.20mol/L、0.24

mol/L、0.28mol/L的正丁醇水溶液待用；（采用稱量法來(lái)配制）3）按圖19-1組裝儀器，DP—AW精密數(shù)字壓力計(jì)的調(diào)節(jié)與使用；（見使用說(shuō)明書）4）儀器常數(shù)K值的測(cè)定；5）不同濃度的正丁醇水溶液表面張力的測(cè)定。第十一頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日Ⅳ

注意事項(xiàng)

3、測(cè)定時(shí)氣泡逸出的速度不能太快。以每分鐘8－12個(gè)為宜。

1、毛細(xì)管一定要洗滌干凈，否則測(cè)定的數(shù)據(jù)不真實(shí)；毛細(xì)管的清洗方法：先用濾紙將毛細(xì)管外壁的水擦干，再在下次被測(cè)溶液中沾一下，溶液在毛細(xì)管中上升一液柱，然后用洗耳球?qū)⑷芤捍党?，重?fù)3-4次。切忌用洗耳球?qū)⑷芤何撩?xì)管內(nèi)再將其吹出，如此操作容易引起毛細(xì)管的堵塞。2、在測(cè)定實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)之前一定要檢查系統(tǒng)的氣密性，否則數(shù)據(jù)不真實(shí)；第十二頁(yè)，共十四頁(yè)，2022年，8月28日Ⅴ數(shù)據(jù)處理1）測(cè)定純水的Pmax，計(jì)算毛細(xì)管常數(shù)K值；2）計(jì)算各溶液的表面張力σ；3）作σ—c圖，在曲線上取8—10個(gè)點(diǎn)，分別作出曲線，并求其斜率。4）計(jì)算各濃度的吸附量Γ，作c/Γ—c圖，由直線斜率求出Γ∞（文獻(xiàn)值：8.28474×10-8mol/m2)，并計(jì)算分子截面積S0值（