最大气泡压力法测定溶液的表面张力17765.docx

最大气泡泡压力法法测定溶溶液的表表面张力力一、实验验目的 1掌掌握最大大气泡压压力法测测定表面面张力的的原理和和技术。 2通通过对不不同浓度度乙醇溶溶液表面面张力的的测定，加加深对表表面张力力、表面面自由能能、表面面张力和和吸附量量关系的的理解。二、基本本原理 在一一个液体体的内部部，任何何分子周周围的吸吸引力是是平衡的的。可是是在液体体表面表表面层中中，每个个分子都都受到垂垂直于并并指向液液体内部部的不平平衡力。所所以说分分子在表表面层比比在液体体内部有有较大的的位能，这这位能就就是表面面自由能能，通常常把增大大一平方方米表面面所需的的最大功功A或增增大一平平方米所所引起的的表面自自由能的的变化G,称称为单位位表面的的表面能能，其单单位为JJ·m1；而而把液体体限制其其表面及及力图使使它收缩缩的单位位直线长长度上所所作用的的力，称称为表面面张力，其其单位是是N·m1。如如欲使液液体表面面面积增增加S时，所所消耗的的可逆功功A应该该是： 一AGS （11） 液体的的表面张张力与温温度有关关，温度度愈高，表表面张力力愈小。 根据据能量最最低原则则，若溶溶质能降降低溶剂剂的表面面张力，则则表面层层中溶质质的浓度度应比溶溶液内部部的浓度度大，如如果所加加溶质能能使溶剂剂的表面面张力升升高，那那么溶质质在表面面层中的的浓度应应比溶液液内部的的浓度低低。这种种表面浓浓度与溶溶液内部部浓度不不同的现现象叫做做溶液的的表面吸吸附。在在一定的的温度和和压力下下，溶液液表面吸吸附溶质质的量与与溶液的的表面张张力和加加入的溶溶质量（即即溶液的的浓度）有有关，它它们之间间的关系系可用吉吉布斯(Gibbbs)公式表表示：()T （22）式中：为吸附附量(mmol··m1)；为表面面张力(J·m-1)；T为绝绝对温度度(K)；c为为溶液浓浓度(mmolL11)；RR为气体体常数(83314JJKI·moll1)。()T 表示示在一定定温度下下表面张张力随溶溶液浓度度而改变变的变化化率。如如果随浓度度的增加加而减小小，也即即()T <00，则>0，此此时溶液液表面层层的浓度度大于溶溶液内部部的浓度度，称为为正吸附附作用。如如果随浓度度的增加加而增加加即()T >00，则<0，此此时溶液液表面层层的浓度度小于溶溶液本身身的浓度度，称为为负吸附附作用。 从(22)式可可看出，只只要测定定溶液的的浓度和和表面张张力，就就可求得得各种不不同浓度度下溶液液的吸附附量。 在本实实验中，溶溶液浓度度的测定定是应用用浓度与与折光率率的对应应关系，表表面张力力的测定定是应用用最大气泡泡压力法法。 图22是最大大气泡压压力法测测定表面面张力的的装置示示意图。将将欲测表表面张力力的液体体装于支支管试管管5中，使使毛细管管6的端端面与液液面相切切，液面面即沿着着毛细管管上升，打打开滴液液漏斗22的活塞塞进行缓缓慢抽气气，此时时由于毛毛细管内内液面上上所受的的压力（pp大气）大大于支管管试管中中液面上上的压力力 （pp系统），故故毛细管管内的液液面逐渐渐下降，并并从毛细细管管端端缓慢地地逸出气气泡。在在气泡形形成过程程中，由由于表面面张力的的作用，凹凹液面产产生了一一个指向向液面外外的附加加压力p，因因此有下下述关系系：p大气p系统统ppp大气p系统 (3) 附加加压力p和溶液液的表面面张力成正比比，与气气泡的曲曲率半径径R成反反比，其其关系式式为p2/R (44) 若毛毛细管管管径较小小，则形形成的气气泡可视视为是球球形的。气气泡刚形形成时，由由于表面面几乎是是平的，所所以曲率率半径RR极大；当气泡泡形成半半球形时时，曲率率半径RR等于毛毛细管管管径r，此此时R值值为最小小；随着着气泡的的进一步步增大，R又趋增大(见图3所示)，直至逸出液面。根据(314)式可知，当Rr时，附加压力最大，为p2/r (5)这最大附附加压力力可由数数字式微微压差测测量仪上上读出。 在实验验中，若若使用同同一支毛毛细管和和压力计计，则rr是一个个常数。 如果将将已知表表面张力力的液体体作为标标准，由由实验测测得其p后，就就可求出出r。然然后只要要用这一一仪器测测定其他他液体的的p值，通通过(55)式计计算，即即可求得得各种液液体的表表面张力力三、操作作步骤 1作工作作曲线（已已有标准准曲线c） 2r的测测定 (1)仔细洗洗净支管管试管和和毛细管管。将数数字式压压力计接接上电源源，预热热后采零零。然后后按图22所示连连接装置置。在滴滴液漏斗斗中装满满水。 (2)加入适适量的重重蒸馏水水于支管管试管中中，调节节毛细管管的高低低使其端端面与液液面相切切。然后后把支管管试管浸浸入恒温温槽(必必须使毛毛细管处处于垂直直位置)，在220条件下下恒温十十分钟。 (3)打开滴滴液漏斗斗活塞进进行缓慢慢抽气，使使气泡从从毛细管管口逸出出。调节节气泡逸逸出的速速度不超超过每分分钟200个时，读读出压力力计压力力差。重重复读数数三次，取取其平均均值。3待测测样品表表面张力力的测定定(1)用用待测溶溶液洗净净支管试试管和毛毛细管后后，加入入适量的的样品于于支管试试管中。(2)按按仪器常常数测定定时的操操作步骤骤，分别别测定各各种未知知浓度酒酒精溶液液的p值。4待测测样品浓浓度的测测定用阿贝折折光仪测测定待测测样品的的折光率率，并从从工作曲曲线上找找出其相相应的浓浓度值。四、数据据记录和和处理1用表表格列出出各溶液液的最大大压力差差与折光光率数值值，并求求得其表表面张力力和浓度度的数值值。2以浓浓度c为为横坐标标，表面面张力为纵坐坐标作图图(横坐坐标浓度度从零开开始)。3在一c曲曲线上任任取若干干点，分分别作出出切线，求求得其斜斜率m。 m()T4根据据吉布斯斯吸附方方程式求求算各浓浓度的吸吸附量。并并画出吸吸附量与与浓度的的关系图图。由斜斜率刚求求算吸附附量r的的方法如如图4所所示，在在一c图图上任找找一点dd，过dd点作切切线abb，此曲曲线的斜斜率m为为 m 所以以 六、思考考讨论题题1表面面张力为为什么必必须在恒恒温槽中中进行测测定?温温度变化化对表面面张力有有何影响响?为什什么?2本实实验为什什么选用用酒精压压力计而而不用水水银压力力计?4