最大气泡法测定液体的表面张力.pdf

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1、 实验十二 液体表面张力的测定（最大气泡法）一、实验目的 1掌握最大气泡法测定液体的表面张力的原理和方法。2通过对不同浓度乙醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能、表面张力和吸附量关系的理解。二、实验原理 溶剂中加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化，加入表面活性物质（能显著降低溶剂表面张力的物质）则它们在表面层的浓度要大于在溶液内部的浓度，加入非表面活性物质则它们在表面层的浓度比溶液内部低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫溶液的吸附。显然，在指定的温度压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。从热力学可知，它们之间的关系遵守吉布斯吸附等温方程：TdcdRTc （1）

2、式中：为溶质在单位面积表面层中的吸附量（molm2）；为溶液的表面张力（Nm2）；c为溶液浓度（molm3）；R气体常数，8.314Jmol1K1；T为绝对温度（K）。当)/(dcd 0，即溶液的表面张力随着溶液浓度的增加而下降时，吸附量为正值，称为正吸附，反之，当)/(dcd 0 时，0 称为负吸附。吉布斯吸附等温方程式应用范围很广，但上述形式只适用于稀溶液。通过实验测得不同浓度溶液的表面张力1、2即可求得吸附量。在本实验中，溶液浓度的测量是利用浓度与折光率的对应关系，表面张力的测定是应用最大气泡压力法。试验装置如实验书 P213 页所示（或参考下图）。1样品管 2毛细管 3压瓶 4精密数字

3、压力计 5大气平衡管 6活塞 图 1 气泡曲率半径的变化规律 图 1 表面张力测定装置 将欲测表面张力的溶液装入样品管中，使毛细管的端口与液面相切，液体即沿毛细管上升，打开减压瓶 3 的活塞 6，使里面的水慢慢的滴出，则系统内的压力慢慢减小，毛细管2 液面上受到一个比样品管中液面上大的压力，此时毛细管内液面就会下降，直到在毛细管端面形成一个稳定的气泡。开始时气泡表面很平，曲率半径很大，随着气泡的形成，曲率半 径逐渐变小，形成半球时，气泡的曲率半径与毛细管的半径相等，曲率半径达最小值（如图2）。气泡进一步长大，曲率半径又变大，直到气泡从毛细管口脱出。曲率半径最小时有最大的附加压力，在压力计上就有

4、绝对值最大的读数。此时气泡的曲率半径就是毛细管的半径。可见毛细管口冒出气泡所需要增加的压力（P）与液体的表面张力成正比。利用杨拉普拉斯公式有：rhgPm2 式中：mP曲率半径最小时气泡的最大附加压力，单位为Pa；h压力计上绝对值最大的读数，单位为 mmH2O;水的密度；单位为 kgL1 g重力加速度；单位为 ms2 表面张力；r气泡的最小曲率半径，同时也是毛细管的半径。于是得到：hKhgr2 （2）式中K与毛细管的半径有关，对同一支毛细管是常数，称为仪器常数，可由已知表面张力的液体求得，例如已知水在实验温度下的表面张力，测得最大压力读数P，则pK/，求出该毛细管的K值，就可用它测定其他液体的表

5、面张力了。hhPPPK （3）式中hh ,为精密数字压力计的最大读数。由实验测得不同浓度时的表面张力，以浓度c为横坐标，为纵坐标，得c曲线 三、仪器药品 DP4W 表面张力实验仪、DPA 精密数字微压计、电吹风、小烧杯、量筒、滴管 0.050；0.100；0.200；0.300；0.400；0.500；0.600molL1正丁醇溶液(四)、实验步骤 1仪器准备和检漏 将表面张力仪的各个玻璃仪器和毛细管先用洗液，再用自来水和蒸馏水洗涤，烘干后按图 1 安装好。将水注入减压瓶中，然后用洗瓶将蒸馏水注入样品管中，反复用滴管调节毛细管底端平面与液面的高度，使毛细管底端平面恰好与液面相切，并且样品管与桌

6、面垂直。打开微压计 4 的电源，并将仪器的单位设置为“mmH2O”，在装置图大气平衡管 5 与大气相通的情况下，按下微压计的“采零”钮，使仪器示数为“0”。夹紧 5 处的胶管，在开启活塞 6，这时减压瓶 3 中水面下降，使体系内压力降低（实际上等于对系统抽气）。当压力计 4 有一定示数（至少为-30 mmH2O 以上）时，关闭活塞 6，若两三分钟内微压计的示数不变，则说明体系不漏气，可以进行实验。2仪器常数的测定 打开活塞 6，对体系减压，调节水流速度，使气泡由毛细管底端成单泡逸出（每分钟约20 个气泡），记录微压计绝对值最大的读数三次，取其平均值。再由附录中查出实验温度下水的表面张力水，则仪

7、器常数K为：最大水hK （3）3乙醇溶液表面张力的测定：将样品管中的蒸馏水全部倒出，用待测液将样品管及毛细管仔细洗涤 3 次，在样品管中装入待测溶液，用上述方法测定各浓度乙醇溶液的最大压力差，每个样品分别测定三次，取其平均值。(五)、数据处理处理 1.数据记录 实验温度 T=水的表面张力水=Nm1；2.数据记录及处理 乙醇 C/molL1 h 的平均值/mmH2O 表面张力/Nm1 dCd/吸附量/10-6molm-2 （1）仪器常数 K=（2）按照hK计算 各浓度溶液的 列入上表中；（3）绘制c曲线（4）由图 1 求各浓度溶液的dCd/列入上表中；（5）按照TdcdRTc 和 c/计算 各浓度溶液的和 c/列入上表中；(六)、思考题 见书