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1、 溶液表面张力的测定学 院： 化学与化工学院 专 业： 生物工程 年 级： 112 学 号： 1108110358 学生姓名： 孙宇 指导教师： 吴玉娟 实验时间：2013 年 5 月 2 日 实验目的：1. 掌握最大泡压法测定液体表面张力的方法，了解影响表面张力测定的因素。2. 测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算吸附量，由表面张力的实验数据求分子的截面积。实验原理从热力学观点来看，液体表面缩小是一个自发过程，是使体系总自由能减小的过程。欲使液体产生新的表面A，就需要对其做功，其大小应与 S 成正比：-W=A在指定的温度和压力下，稀溶液中，溶质在表层中的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度之
2、间的关系遵守吉布斯吸附等温式：=-( ） T()T 0 时，0 时，成为正吸附；反之则称为负吸附。表面张力与浓度关系经过切点 a 作平行于横坐标的直线，交纵坐标于 b点。以 Z 表示切线和平行线在纵坐标上截距间的距离，根据导数的几何意义有( )T =-Z/c Z=-c ( )T =- ( )T液体表面张力的测定方法有：最大泡压法、毛细管升高法、滴重法和圆环法等。本实验用最大泡压法测定正丁醇水溶液的表面张力，其装置如图11.3 所示。图11.3 最大泡压法测定液体表面张力实验装置图1恒温槽；2温度计；3样品管；4毛细管；5微压差仪；6滴液漏斗由与液面相切的毛细管4 鼓出空气泡时，需要高出外部大气
3、压的附加压力以克服气泡的表面张力，此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为p = 2/R式中p为附加压力， 为表面张力，r是气泡曲率半径。如果毛细管半径 R很小，则形成的气泡基本上是球形的，当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大，随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，此时曲率半径r与毛细管半径R相等，曲率半径达到最小值，此时附加压力达最大。当气泡进一步增大时， r 变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。则由式(11.5)知，当rR时最大附加压力为p max=2/r实际测量时，使毛细管顶端刚与液面接触，则可忽略鼓泡所需克服的静压力，这样就可直接用由于直
4、接测量毛细管的半径很不方便，所以实验时用一已知表面张力0 的液体测定毛细管常数K k=有最大气泡法测定水及不同浓度正丁醇溶液产生气泡时的最大附加压力p max， 利用计算机处理实验数据，并绘制正丁醇溶液表面张力与浓度的关系曲线。实验仪器、试剂名称表面张力管1支；表面张力教学实验仪（DMPY-2C）1台；鼓泡毛细管1支；滴液漏斗1个；10ml移液管1支；5ml刻度移液管1支；250ml容量瓶1个；50ml容量瓶9个；50ml碱式滴液管1支；洗耳球1个；恒温水浴1套正丁醇（AR） ；铬酸洗液；蒸馏水实验步骤1. 将实验仪器清洗干净，按要求连接好装置并检验装置的气密性。2. 打开表面张力教学实验仪电
5、源开关，预热5分钟3. 用250ml容量瓶配置0.5mol/L的正丁醇溶液4. 将表面张力教学实验仪与大气相通，清零。5. 用水做标准物质，测定室温下的仪器常数K。（1） 在表面张力管中注入适量蒸馏水，调节液面，使毛细管下端面恰好与液面相切，按要求将实验仪器连接好，并在滴液漏斗中加入约三分之二体积的自来水。（2） 调节滴液漏斗的旋塞，使气泡经毛细管缓慢均匀的向液体中鼓泡，鼓泡速度控制在1520 个/分钟，切气泡一个一个的间断逸出。这时，读取表面张力教学实验仪所显示的压差的最大值 p max 。重复读取三次，取平均值6. 待测正丁醇溶液表面张力的测定。用少量待测溶液淌洗支管试管及毛细管。将上述步
6、骤 4 中的蒸馏水依次换成不同浓度的正丁醇水溶液，按浓度由稀到浓的顺序重复步骤4 的操作。7. 实验结束后，分别用自来水和蒸馏水仔细将毛细管和表面张力管冲洗 23 次，并收回到各组的白瓷盘中备用。再将毛细管用洗液浸泡。8. 再记录一次实验室温度，并与第一次记录的实验室温度结合，取平均值，作为实验温度。数据记录表及处理r= 0.195mm t= 18.2 H 2O=73.05(mN/m)C 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.16 0.2 0.24p/pa 750.3 687 647 612 591 587 543 517 493 466（ N/m ）0.07315
7、4 0.0669830.0630830.059670.0576230.0572330.0529430.0504080.048068 0.045435-0.1972 -0.18183-0.16646-0.1511-0.13573-0.12036-0.10499-0.07426-0.04352 -0.01278Z 0 0.0036370.0066590.0090660.0108580.0120360.0125990.0118810.008704 0.003068 0 1.50124E-06 2.74871E-063.74242E-064.48238E-064.96857E-065.20099E-0
8、64.90456E-063.59309E-061.26656E-06表面张力浓度曲线吸附等温线 问题讨论1. 毛细管尖端为何必须调节的恰好与液面相切？否则对实验有何影响？答：减少测量 p max 。误差，因为 p max 是气泡内外的压力差，在气泡形成的过程中，由于表面张力的作用，凹液面产生一个指向液面外的附加压力 p，如果插入一定的深度，P 外还要考虑插入这段深度的静压力，使得 p max 。得绝对值变大，表面张力也变大，若没有相切，而是和水面有一定的距离，那样吹出气泡时，就不会形成完整的气泡，影响 p max 。的值2. 最大气泡法测定表面张力时为什么要读最大压力差？如果气泡逸出得很快，或
9、几个气泡一起逸出，对实验结果有无影响？答：最大气泡法测定表面张力时要读最大压力差。因为随着气泡的形成，曲率半径逐渐由大变小又变大，当曲率半径等于毛细管半径时，气泡呈半球形，气泡曲率半径最小，p 最大。如果气泡逸出很快，或几个气泡一起逸出，即气泡形成时间太短，则吸附平衡就来不及在气泡表面建立起来，测得的表面张力也不能反映该浓度之真正的表面张力值。3. 本实验选用的毛细管的半径大小对实验测定有何影响？如毛细管不清洁，会不会影响测定结果？答：毛细管太细，曲率半径小，附加压力大，液体在毛细管中上升的高度高，则系统需要的真空度高，使测量不便；毛细管太粗，R=,附加压力为零，无法测量。若毛细管内有表面活性杂质，会使测得的P 偏小，计算出的表面张力值偏小；若毛细管内有非活性杂质，会使测得的P 偏大，计算出的表面张力值偏大。4. 不用压气鼓泡，用抽气鼓泡完成本实验可以吗？答：可以，但是操作复杂，对设备的要求高，测量结果不精确。5. 从整个实验的精度看，本实验配制溶液的精度是否合理？答：合理6. 鼓泡时为何要记录压差读数的最大值？答：当毛细管液面上收到的压力稍大于毛细管口，气泡的附加压力时，气泡就会从毛细 管口逸出，此附加力与表面张力成正比，所以要读最大压力差。
