最大气泡压力法测定溶液的表面张力hjm.docx

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1、最大气泡压力法测定溶液的表面张力一、实验目的 1掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技术。 22通过过对不同同浓度乙乙醇溶液液表面张张力的测测定，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、基本原原理 在一个个液体的的内部，任任何分子子周围的的吸引力力是平衡衡的。可可是在液液体表面面表面层层中，每每个分子子都受到到垂直于于并指向向液体内内部的不不平衡力力。所以以说分子子在表面面层比在在液体内内部有较较大的位位能，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

2、的的表面能能，其单单位为JJm1；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Nm1。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： 一一AGS （11） 液液体的表表面张力力与温度度有关，温温度愈高高，表面面张力愈愈小。 根据能能量最低低原则，若若溶质能能降低溶溶剂的表表面张力力，则表表面层中中溶质的的浓度应应比溶液液内部的的浓度大大，如果果所加溶溶质能使使溶剂的的表面张张力升高高，那么么溶质在在表面层层中的浓浓度应比比溶液内内部的浓浓度低。这这种表面面浓度与与溶液内内部浓度度不同的的现象叫叫做溶液液的表

3、面面吸附。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：为为吸附量量(moolm1)；为表面面张力(Jm-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(83314JJKImoll1)。()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 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

4、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。 从从(2)式可看看出，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。 在在本实验验中，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压压力法。 图2是是最大气气泡压力力法测定定表面张张力的装装置示意意图。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

5、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pp系统ppp大气p系统 (3) 附加压压力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) 若毛细细管管径径较小，则则形成的的气泡可可视为是是球形的的。气泡泡刚形成成时，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

6、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)这最大附加加压力可可由数字字式微压压差测量量仪上读读出。 在在实验中中，若使使用同一一支毛细细管和压压力计，则则r是一一个常数数。 如如果将已已知表面面张力的的液体作作为标准准，由实实验测得得其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、操作步步骤 1作作工作曲曲线（已已有标准准曲线c） 2rr的测定定 (1)仔仔细洗净净支管试试管和毛毛细管

7、。将将数字式式压力计计接上电电源，预预热后采采零。然然后按图图2所示示连接装装置。在在滴液漏漏斗中装装满水。 (2)加加入适量量的重蒸蒸馏水于于支管试试管中，调调节毛细细管的高高低使其其端面与与液面相相切。然然后把支支管试管管浸入恒恒温槽(必须使使毛细管管处于垂垂直位置置)，在在20条件下下恒温十十分钟。 (3)打打开滴液液漏斗活活塞进行行缓慢抽抽气，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待测样样品表面面张力的的测定(1)用待待测溶液液洗净支支管试管管和毛细细管后，加加入适量量的样品品于支管

8、管试管中中。(2)按仪仪器常数数测定时时的操作作步骤，分分别测定定各种未未知浓度度酒精溶溶液的p值。4待测样样品浓度度的测定定用阿贝折光光仪测定定待测样样品的折折光率，并并从工作作曲线上上找出其其相应的的浓度值值。四、数据记记录和处处理1用表格格列出各各溶液的的最大压压力差与与折光率率数值，并并求得其其表面张张力和浓浓度的数数值。2以浓度度c为横横坐标，表表面张力力为纵坐坐标作图图(横坐坐标浓度度从零开开始)。3在一一c曲线线上任取取若干点点，分别别作出切切线，求求得其斜斜率m。 m()T4根据吉吉布斯吸吸附方程程式求算算各浓度度的吸附附量。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、思考讨讨论题1表面张张力为什什么必须须在恒温温槽中进进行测定定?温度度变化对对表面张张力有何何影响?为什么么?2本实验验为什么么选用酒酒精压力力计而不不用水银银压力计计?5