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1、竭诚为您提供优质文档/双击可除 最大气泡法实验报告 篇一：最大气泡法测表面张力实验报告 最大气泡法测定溶液的表面张力 【实验目的】 1、掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响表 面张力测定的因素。 2、了解弯曲液面下产生附加压力的本质，熟悉拉普拉 斯方程，吉布斯吸附等温式，了解兰格缪尔单分子层吸附公 式的应用。 3、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算饱和吸 附量,由表面张力的实验数据求正丁醇分子的截面积及吸附 层的厚度。 【实验原理】 1、表面张力的产生 纯液体和其蒸气组成的体系体相分子：自由移动不消耗 123 功。表面分子：液体有自动收缩表面而呈球形的趋势。要使 液体表面积增大就必须
2、要反抗分子的内向力而作功以增加 分子位能。所以分子在表面层比在液体内部有较大的位能， 这位能就是表面自由能。 ?w=A 如果DA 为 1m2，则-w=s是在恒温恒压下形成 1m2 新 表面所需的可逆功，所以s称为比表面吉布斯自由能，其单 位为 Jm-2。也可将s看作为作用在界面上每单位长度边缘 上的力，称为表面张力，其单位是 nm-1。液体单位表面的 表面能和它的表面张力在数值上是相等的。 2、弯曲液面下的附加压力 （1）在任何两相界面处都存在表面张力。表面张力的 方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向使表面 积缩小的一侧。 （2）液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张 力愈小。到
3、达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近 于零。 （3）液体的表面张力与液体的纯度有关。在纯净的液 体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质） ，表面张力就要发生变 化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。 4） （由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。3、毛细现 象223 （1）由于表面张力的作用，弯曲表面下的液体或气体 与在平面下情况不同，前者受到附加的压力。 （2）如果液面是水平的，则表面张力也是水平的，平 衡时，沿周界的表面张力互相抵消， 此时液体表面内外压力相等，且等于表面上的外压力 po。 （3）若液面是弯曲的，平衡时表面张力将产生一合力 ps，而使弯曲液面下的液体所受实际压力
4、与 po 不同。 （4）当液面为凹形时，合力指向液体外部，液面下的 液体受到的实际压力为 p=po-ps。 5）当液面为凸形时，合 （力指向液体内部，液面下的液体受到的实际压力为 p=po+ps。 （6）这一合力 ps，即为弯曲表面受到的附加压力，附加压 力的方向总是指向曲率中心。 7）附加压力与表面张力的关 （系用拉普拉斯方程表示：ps=2s/R 式中s为表面张力，R 为 弯曲表面的曲率半径，该公式是拉普拉斯方程的特殊式，适 用于当弯曲表面刚好为半球形的情况。 4、最大泡压法测定溶液的表面张力 毛细现象则是弯曲液面下具有附加压力的直接结果。假 设溶液在毛细管表面完全润湿，且液面为半球形，则由
5、拉普 拉斯方程以及毛细管中升高（或降低）的液柱高度所产生的 压力?p=?gh，通过测量液柱高度即可求出液体的表面张力。 这就是毛细管上升法测定溶液表面张力的原理。此方法要求 管壁能被液体完全润湿，且液面呈半球形。5、溶液中的表 323 面吸附 (1)实际上，最大泡压法测定溶液的表面张力是毛细管 上升法的一个逆过程。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，由于毛细现象液面即沿 毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，系统减压，毛细 管内液面上受到一个比表面张力仪瓶中液面上（即系统）大 的压力，当此压力差附加压力(Dpp 大气p 系统)在 毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细
6、管口液体的表面张 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，其关系式为拉普拉斯公式： Dp=2s/R(2)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，这时曲率半径 R 和毛细管半径 r 相等，曲率半径达最 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，Rr 时的最大附加压力为： ?p 最大= 2?rr 或p 最大?g?h 最大 r22 (3)对于同一套表面张力仪，毛细管半径 r，测压液体
7、密 度、重力加速度都为定值，因此为 423 了数据处理方便，将上述因子放在一起，用仪器常数 K 来表示，上式简化为： ?K?h 最大 式中的仪器常数 K 可用已知表面张力的标准物质测得， 通常用纯水来标定。6、溶液中的表面吸附-吸附现象的发生 在定温下纯液体的表面张力为定值，只能依靠缩小表面 积来降低自身的能量。通常见到小露珠为球形，为什么？而 对于溶液，既可以改变其表面张力，也可以减小其面积来降 低溶液表面的能量。通常以降低溶液表面张力的方法来降低 溶液表面的能量。当加入某种溶质形成溶液时，表面张力发 生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。 根据能量最低原理，溶质能降低溶剂的表
8、面张力时，表面层 中溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力 升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低，这种表面 浓度与内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。在指定的 温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓 度之间的关系遵守吉布斯(gibbs)吸附方程： ?=-cd?）TRTdc 式中，为溶质在表层的吸附量；s为表面张力；c 为 吸附达到平衡时溶质在溶液中的浓度。g0，正吸附,溶液表 面张力降低：表面活性物质。g 8、被吸附分子截面积计 算（1） 饱和吸附量：对于正丁醇的吸附等温线，满足 、523 随浓度增加，吸附量开始显着增加，到一定浓度时，吸附量 达到饱和，因此可
9、以从吸附等温线得到正丁醇的饱和吸附量 。 2） （ 、也可以假定正丁醇在水溶液表面满足单分子层 吸附。根据朗格谬尔(Langmuir)公式： ?=?(:最大气泡法实验报告)? kc 1?kc 为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的 ， ckc+1c1 =? ?kk? 以 c/对 c 作图，得一直线，该直线的斜率为 1/。 被吸附分子的截面积：so=1/(n)(n 为阿佛加得罗常数)。 吸附层厚度： ?= 溶质的密度r，分子量 m 三、仪器与试剂 最大泡压法表面张力仪 1 套；吸耳球 1 个； 移液管(50mL，1 支、1mL，1 支)；烧杯(500mL，1 只)； 温度计 1 支。 正丁
10、醇(A.R.)；蒸馏水。 ?m 623 ?四、实验步骤 （1)仪器准备与检漏 将表面张力仪容器和毛细管洗净、烘干。在恒温条件下 将一定量蒸馏水注入表面张力仪中，调节液面，使毛细管口 恰好与液面相切。打开抽气瓶活塞，使体系内的压力降低， 当 u 型管测压计两端液面出现一定高度差时，关闭抽气瓶活 塞， 23min 内， 若压差计的压差不变， 则说明体系不漏气， 可以进行实验。 2）仪器常数的测量 （打开抽气瓶活塞，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约为 510s。当气泡刚 脱离管端的一瞬间，压差计显示最大压差时，记录最大压力 差，连续读取三次，取其平均值。再由手册中
11、，查出实验温 度时，水的表面张力s，则仪器常数 K= ?水 ?h 最大 （3）表面张力随溶液浓度变化的测定 用移液管分别移取 0.0500mL，0.150mL，0.300mL， 0.600mL，0.900mL，1.50mL，2.50mL，3.50mL，4.50mL 正丁 醇，移入 9 个 50mL 的容量瓶，配制成一定浓度的正丁醇溶 液。然后由稀到浓依次移取一定量的正丁醇溶液，按照步骤 723 2 所述，置于表面张力仪中测定某浓度下正丁醇溶液的表面 张力。随着正丁醇浓度的增加，测得的表面张力几乎不再随 浓度发生变化。 五、数据记录与处理 计算仪器常数 K 和不同浓度正丁醇溶液的表面张力s， 绘
12、制s-c 等温线。温度 t=25.5Dh 最大=0.0695msK=s 水D 水=71.82 10-3n/m h 最大=(71.8210-30.0695)n/m2=1.0334 10-2n/m2 正丁醇的密度r=0.8097g/mL,相对分子质量 m=74.12g/mol 由s=KDh 最大和 c=rV/（5010-3L?m） 进行计算：利用仪器常数 K 可计算不同浓度正丁醇溶液的表 面张力为： V/mL 0.0500.1500.3000.6000.9001.5002.5003.5004.500 （mol/L)c 0.01090.03280.06570.13110.19670.32780.54
13、640.76500.9 835 Dh1(cm)Dh2(cm)Dh3(cm)Dh 平均值（cm) 823 6.856.495.755.084.504.033.903.433.066.806.505.705.1 04.603.963.803.443.006.846.455.725.154.553.993.833. 403.036.836.485.725.114.553.993.843.423.03 图 3s-c 等温线图 根据吉布斯吸附等温式，求出，c/。根据公式 r=- cd? ）TRTdc 篇二：最大泡压法实验报告 华南师范大学实验报告 学生姓名 xxx 学号 xxxxxxxxxxx 专业 x
14、xxxxx 年级、班 级 xxxxxxxxx 课程名称 xxxxxx 实验项目最大泡压法测定溶 液的表面张力实验类型：验证设计综合实验时间 20XX 年 4 月 11 日实验指导老师 xxxxxx 实验评分合作者： xxxxxxxxxx 室温：20.0 福廷气压计大气压：1024.0hpa(768.07mmhg) 大气压校正值：1020.7hpa(765.56mmhg) 一、前言 广义上，表面张力存在于任何两相界面处。对于一般溶 液，表面张力是指液体限制其表面增大以及力图使它收缩的 923 单位直线长度上所作用的力。表面张力的存在，产生了弯曲 液面下的附加压力，从而引起了毛细现象。当往溶剂中加入 某种溶质时，更会使溶剂表面张力发生变化，形成表面吸附 现象。因此测定溶液表面张力，对于研究界面化学，具有重 要意义。 最大泡压法测量溶液的表面张力实际上是毛细管上升 法的一个逆过程。系统抽气减压，压力差在毛细管端面上产 生的作用力刚大于液体表面张力时，气泡即会脱出，从而可 从压力差大小计算出表面张力。通过表面张力的测量，即可 了解溶液界面处的许多性质。 二、实验目的 （1）掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响 表面张力测定的因素。 （2）了解弯曲
