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1、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。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：1.吉布斯吸附等温式:r = - （c/RT） / （dy/dc）（ 1）式中，r为溶液在表层的吸附量；y为表面张力；c为吸附达到平衡时溶液在介质中的浓 度。朗格谬尔（Langmuir）公式：r =rKc/ （1+Kc）（2）r为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的r。c/r =（1+Kc） /r k = c/r +i/r k（3）以c/r对c作图，则图中该直线斜率为i/rg。由所得的匚代入Am=i/rgL可求被吸
2、附 分子的截面积（L为阿伏伽德罗常数）。2本实验用气泡最大压力法测定溶液的表面张力，其仪器装置如图1）恒温套管；2）毛细管（r在0.150.2mm）； 3） U型压力计（内装水）；4）分液漏斗；5） 吸滤瓶；6）连接橡皮管。2）将待测表面张力的液体装于表面张力仪中，使毛细管的端面与液面相切，液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，毛细管内的液面上受到一个比A瓶中液面上大的压 力，当此压力差一一附加压力（Ap=p大气-p系统）在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管 液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱出，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：Ap=2y/R（4）
3、式中，Ap为附加压力；y为表面张力；R为气泡的曲率半径。如果毛细管半径很小，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， 这时的曲率半径R和毛细管的半径r相等，曲率半径最小值，根据上式这时附加压力达 最大值。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。根据上式，R=r时的最大附加压力为:Ap 最大=2y/r(5)实际测量时，使毛细管端刚与液面接触，则可忽略气泡鼓起所需克服的静压力，这 样就可以直接用上式进行计算。当将其它参数合并为常数K时，则上式变为：Y=KAp最大6)式中仪器常数K可用已知表面张
4、力的标准物质测得。三、仪器药品：1.仪器:最大泡压法表面张力仪1套,洗耳球1个,移液管(50ml和10ml)各一支，烧杯(500mL)2. 药品：正丁醇(分析纯)，蒸馏水四、实验步骤：1、仪器的准备与检漏将表面张力仪容器和毛细管先用洗液洗净，再顺次用自来水和蒸馏水漂洗，烘干后按图 5-9接好，检查是否漏气。2、仪器常数的测定对体系抽气，调节抽气速度，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且每个气泡形成的时间 为1020s (数显微压差测量仪为510s)。若形成的时间太短，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。当气泡刚 脱离管端的一瞬间，压力计中液位差
5、达到最大值，记录压力计两边最高和最低度数，连 续三次，取平均值。再由手册查出实验温度时水的表面张力，求得仪器常数K。3、表面张力随溶液浓度变化的测定在上述体系中，按浓度从高到低的顺序依次测定预先配好的正丁醇溶液的 p 值，每 最大次置换溶液前都先用溶液润洗2次，再按2方法测定。五、数据处理：室温：28.7C大气压力：99.94KPa恒温槽温度：30.82CY 水 71.18 mN.m-1浓度 mol/dm-3Ap最大1AP最大2Ap最大3APp平均Y mN/mr* 106molm-2c/r x 10-7m-1水620622625622.371.180.02602605598601.768. 8
6、31.451.380.04563567567565.764.722.661.500.06540540538539.361.703.631.650.08498497497497.356.894.361.830.10485484485484.755.454.852.060.1247147046947053.775.112.350.16434439436436.349.914.903.270.2041441541641547.483.745.350.2439940039839945.641.6214.8表一数据记录1、计算仪器常数K：*.* y = KAp:.K =y /Ap= 71.18/622.
7、3= 0.1144 mm，水 F最大，水由K计算各个浓度下的正丁醇溶液的Y值2、计算dy/dc值：由图一得到曲线方程：y = 0.071- 0.198x +0.377x2 dy/dx = -0.198+ 0.754x即 dy/dc = -0.198 + 0.754c根据公式：r = -(c/RT) * (dy/dc)可求得不同浓度下的r和c/r,记录在表一中3、绘制r-c ,c/r-c等温线r*106mol.m-2C ( mol/dm-3)图二(r-c等温线)c/rx 10-7 m-1050LOO15C2002303 DCC ( mol/m-3)图三c/r-c等温线从图中得出斜率1/r =4.
8、7*105所以r =2.13*10-6 molm-2coco所以 A =1/( r L)=1/(2.13*10-6*6.02*1023)=7.80*10-19 m2mco六结果与讨论：1、如果毛细管尖端插入液下，会造成压力不只是液体表面的张力，还有插入部分液体 的压力。2、实验过程时速度控制比较难，气泡总是一连串冒出的，很难控制每分钟形成气泡510 个，导致读数会有所误差；因为最大压力差才是表面张力所能承受的最大压力，气泡出 去太快会使压力差变小。3、实验过程中使用的毛细管都是同一个，虽然每次换溶液时都润洗两次了，但还是不 能润洗干净，会对下一组溶液造成干扰，影响溶液浓度，从而使读数产生偏差；4、本实验结果准确的关键在于仪器必须洗涤清洁，毛细管应保垂直，其端部应保持平 整，溶液恒温后，体积略有改变，应注意毛细管平面与液面接触处要相切。控制好出 泡速度、平稳地重复出现压力差。
