最大压差法测表面张力实验报告

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1、中国石油大学化学原理（n）实验报告班级： 石工1011 学号: 姓名： 卢雅坤 教师: 同组者： 牛家梁、阎皓实验日期：2011/10/14 成绩: 10021507王增宝实验二 最大压差法测表面张力一. 实验目的1. 掌握最大压差法测定表面张力的原理及方法；2. 测定正丁醇水溶液的表面张力，了解表面张力的概念及影响因素3.学习 Gibbs 公式及其应用。二. 实验原理由于净吸引力的作用，处于液体表面的分子倾向于到液体内部来，因此液体表面倾 向于收缩。要扩大面积，就要把内部分子移到表面来，这就要克服净吸引力作功，所作 的功转变为表面分子的位能。单位表面具有的表面能叫表面张力。在一定温度、压力下

2、纯液体的表面张力是定值。但在纯液体中加入溶质，表面张力 就 会发生变化。若溶质使液体的表面张力升高，则溶质在溶液相表面层的浓度小于在溶 液 相内部的浓度；若溶质使液体的表面张力降低，则溶质在溶液相表面层的浓度大于在 溶 液相内部的浓度。这种溶质在溶液相表面的浓度和相内部的浓度不同的现象叫吸附。在 一定的温度、压力下，溶质的表面吸附量与溶液的浓度、溶液的表面张力之间的关系，可用吉布斯（Gibbs）吸附等温式表示：cdb1 二RTdc式中 一吸附量（mol/L）；c 吸附质在溶液内部的浓度（m ol/L）；O 表面张力（N/m）；R通用气体常数（N.m/K.mol）；T绝对温度（K）。若do /d

3、cVO,溶质为正吸附；若do /dc0,溶质为负吸附。通过实验若能测出 表 面张力与溶质浓度的关系，则可作出o c曲线，并在此曲线上任取若干个点作曲 线的 切线，这些曲线的斜率即为浓度对应的do /dc，将此值代入21式可求出在 此浓度时 的溶质吸附量。测定液体表面张力的方法有许多种。本实验采用最大压差法，测定装置如图2 1 。图 2-1 表面张力测定装置测定时，将分液漏的活塞打开，使瓶内压力增加，气泡即可通过毛细管（要求它的 尖嘴刚刚与液面接触）。从浸入液面的毛细管端鼓出空气炮时，需要高出外部大气压的 附加压力，以克服气泡表面张力。如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的 （图2-2）

4、。此时附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式如下：R式中 P广口瓶内滴水形成的附加压力；R气泡的曲率半径； a 表面张力（N/m）。当气泡开始形成时 ，表面几乎是平的，这是曲率半径最大，随着气泡的形成，曲 率 半径逐渐变小，直到形成半球形，这是曲率半径与毛细管半径 r 相等，曲率半径达最 小 值，根据2-2式，这时附加压力达最大值。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小, 直到气泡溢出。图22气泡最小曲率半径示意图如果用图 2-1 装置，分别测出一种已知表面张力的液体（例如水）和另一未知表面 张力液体（如正丁醇水溶液）的附加压力最大值，这时因为R=r,所以，A 12b 1A

5、pl 二一r式中： pl 已知表面张力液体的最大附加压力；a 1 已知液体的表面张力。Ap 2 =2b 2r式中： p2 未知表面张力液体的最大附加压力； o 2未知液体的表面张力。因为两种液体的最大附加压力（即最大压差）是在同一仪器的同一毛细管测的。所 以，上两式的 r 是相同的，若将 r 消去即得：竺b 1Ap1因此，在同一温度下，只要测得 P1、 P2,再由温度查出已知表面张力液体（水） 的表面张力；即可由公式（2-5）求出未知液体的表面张力。三. 仪器与药品1仪器 最大压差法测表面张力装置一套，洗瓶，吸耳球。2. 药品 正丁醇（分析纯），蒸馏水。四. 步骤1. 用洗液洗表面张力测定仪的

6、外套管和毛细管。方法是在外套管中放入少量洗液, 倾 斜转动外套管,使洗液与外套管接触 （ 注意不要让洗液从侧管流出 ）.再将毛细管插入, 这时保持外套管倾斜不动 ,转动毛细管,使洗液与毛细管接触 ,再用洗耳球吸洗液至毛细 管内,洗毛细管内壁.用完的洗液倒回原来瓶中,然后用自来水充分冲洗外套管和毛细管, 最后用蒸馏水冲洗外套管和毛细管各三次,即可进行下面实验。2. 在外套管中放入蒸馏水（作为已知表面张力的液体,其表面张力见附录二）,将毛 细 管插入外套管,塞紧塞子,并使毛细管尖端刚碰到液面。3. 关闭滴液漏斗下活塞，在滴液漏斗中加入自来水。按图 21 所示将表面张力测 定装置管线流程接上。4.

7、打开精密数字压力计电源，然后打开漏斗上活塞，将管线内压力放空。安精密数 字压力计的采零键，使精密数字压力计的示数至零。5. 打开分液漏斗的活塞，使分液漏斗中的水慢慢滴入广口瓶中，这时瓶内压力 逐渐 增加，气泡将通过毛细管端。从斜管压力计读出第一个气泡通过毛细管端时的最高液位hl,如此重复三次，测三 个平行数据，取平均值得 h2。6. 测完蒸馏水的最大压差后，倒掉蒸馏水，用 0.02mon/L 的正丁醇洗一次外套管 和 毛细管，然后再加入该溶液，象测蒸馏水的最大压差一样，测定该溶液的最大压差。 依 次侧得 0.05、 0.10、 0.15、 0.20、 0.25、 0.30、 0.35mom/L

8、 的正丁醇溶液的最大压差。（注意：每更换一次溶液，都应用待定液洗外管套管和毛细管）。7. 记录实验温度。五：结果处理1. 有附录一查出：t=23C o =72.28mN/m=7.228X 10-22. 由公式b 2 =竺b 1计算不同浓度正丁醇溶液的表面张力。AplH2O0.020.050.10.150.20.250.30.35P10.6230.5920.5890.4680.4350.3830.3670.3440.324P20.6240.5940.5920.4690.4320.3840.3610.3420.326P30.6270.5950.590.4710.4330.3870.3650.341

9、0.332P0.62470.59370.59030.46930.43330.38470.36430.342330.327360.07230.06870.06830.05430.05020.04450.04220.03960.0379以 0.02mol/L 的正丁醇溶液为例计算：c 2 =氾c 1 = 0.5937 X 0.0723=0.0687N/mApl0.6247正丁醇溶液o -c曲线3. 以表面张力为纵坐标，以浓度为横坐标，画出正丁醇溶液的J图。0.0750.0700.0650.0600.0550.0500.0450.0400.0350.0300.0250.0200.0150.0100.

10、000.050.100.150.20 0.250.30 0.350.404在x图上选若干点浓度范围（0.040.20mol）,做不同浓度曲线的切线，依Gibbs 公式求出相应的表面吸附量，画出正丁醇溶液的吸附等温曲线。根据拟合曲线公式：计算出在0.040.20mol各点的切线的斜率以 c=0.04mol/L 数据为例计算：可知，在 c=0.04mol/L 处的切线斜率为-0.1123，又因为 T=23+273=296K，则一 RTdC 一x(七1819)二 29565 510 -6 阿 Lc(mol)0.040.060.080.100.120.140.160.180.20r(KTmdVL)2.

11、95654.14835.14905.95876.57747.00517.24177.28737.1420正丁醇溶液的吸附等温曲线0.00000750.00000650.00000550.00000450.00000350.00000250.00000150.0000005六.思考题1.实验中，如果毛细管深入液面 1mm 会造成多大误差？ 答：会使最大附加压力增大很多。从而使表面张力增大很多。 2.实验中，为什么要尽量放慢鼓泡速度？ 答：为了让气泡逐渐形成，使曲率半径逐渐变小最后达到与毛细管半径相等，曲率 半径达最小。鼓泡过快气泡来不及形成，达不到曲率半径最小，会造成实验测量误差。3. 实验中，

12、为什么要求从稀到浓逐个测定不同浓度溶液的表面张力？ 答：减少由于残留正丁醇对于浓度的影响而造成的实验误差，使实验更加的精确。4解释a-c曲线的变化趋势。答：开始时，曲线变化速率很快，随浓度增加，变化速率逐渐变慢。因为，当溶 液极稀时，表面活性剂分子在溶液中的分布只有一种动平衡。由于浓度极稀，表面上表 面活性剂分子彼此不影响，所以可平铺于液面。因此，表面活性剂对表面张力有显著影 响。由于表面活性剂分子在表面浓度增加，所以他们不能像极稀溶液情况下平铺，而 是倾斜于液面，因此对表面张力的影响就减小，表现为表面张力随浓度增加而下降减小。 当浓度增至某一数值，表面活性剂在溶液表面吸附达到饱和，并紧密排列

13、，活性分子 开始向溶液内部分布。开始形成胶束。在浓溶液中，表面活性剂动平衡关系不变，但 胶束数量不断增加。变化趋势表现为十分平缓。5.实验中，影响表面张力测定准确性的因素有哪些？ 答：影响准确性的因素主要有仪器的气密性，毛细管与液面的接触距离，以及气泡 是否缓慢的鼓出。实验总结通过本实验，我了解了用最大压差法测定表面张力的原理与方法，基本掌握了表面 张力的概念及影响因素。这次实验让我更加加深了对吉布斯公式的理解和应用，也让我 感到合作的重要性，这样不仅能节约时间，还能加强同学之间的交流与协作，更能培养 自己的团队合作精神，能快速有效的准确完成实验。另外，此实验还要求要有一定的耐心，不能急躁，当打开阀门时，要缓慢打开，不 能一下全部打开，这样会影响实验效果，有可能导致实验结果不准确。总之，本实验让自己受益匪浅，自己以后会更加认真的做实验，争取让严谨，耐心 的实验态度形成习惯。