溶液表面张力的测定.docx

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溶液表面张力的测定

大学化学基础实验

实验报告

课程名称：

有机化学实验

实验名称：

溶液表面张力的测定

姓名:

张玉

学号：

1108110191

专业：

化学工程与工艺

班级：

化工113

实验日期：

5/28

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，这是使体系总自由能减小的过程，欲使液体产生新的表面ΔA，就需对其做功，其大小应与ΔA成正比:

（1）

σ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N·m-1。

在一定温下，纯液体的表面张力为定值。

当加入溶质形成溶液时，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。

（2）

式中，Г为溶质在表层的吸附量，其单位为molm2；σ为表面张力；C为吸附达到平衡时溶质在介质中的浓度。

当

<0时，Г>0称为正吸附；当

>0时，Г<0称为负吸附。

吉布斯吸附等温式应用范围很广，但上述形式仅适用于稀溶液。

图4-22表面张力和浓度关系图

如果在恒温下绘成曲线σ=f（C）（表面张力等温线），当C增加时，σ在开始时显著下降，而后下降逐渐缓慢下来，以至σ的变化很小，这时σ的数值恒定为某一常数（见图4-22）。

利用图解法进行计算十分方便，如图4-22所示，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：

2、最大泡压法测定表面张力

将待测表面张力的液体装于表面张力仪中，使E管的端面与液面相切，液面即沿毛细管上升，若从毛细管口鼓出气泡，毛细管内液面上受到一个比A瓶中液面上大的压力，当此压力差—附加压力（Δp=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:

（4）

式中，Δp为附加压力；σ为表面张力；R为气泡的曲率半径。

本实验采用压气鼓泡法鼓泡，在滴液漏斗中装入适量的水，通过对滴液漏斗旋塞的调节控制水流出滴液漏斗的速率来实现鼓泡。

图4-24毛细管口气泡的形成

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（4）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（4）式，R=r时的最大附加压力为:

（5）

实际测量时，使毛细管端刚与液面接触，则可忽略气泡鼓泡所需克服的静压力，这样就可直接用上式进行计算。

对于同一毛细管，其

为一常数，用k表示，则表面张力

可按（6）计算：

（6）

其中k值可根据实验，通过测定一已知表面张力的物质

来确定。

本实验选择的已知物质为水，则

（7）

本实验利用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

，根据式（7）和式（5）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。

保持仪器和药品的清洁是本实验的关键

实验仪器和试剂

仪器：

DMPY-2C表面张力测定仪1套，表面张力管1支，滴液漏斗1个，容量瓶（250mL1个容量瓶（50mL）9个，碱式滴定管1支，吸耳球1个，移液管（10mL）1个

试剂：

正丁醇（AR）铬酸洗液蒸馏水

实验步骤

1、用铬酸洗液清洗毛细管和玻璃仪器，按要求连接好装置并检验装置的气密性。

并记录一次实验温度。

2、打开表面张力教学实验仪电源开关，预热10min。

3、讲表面张力教学实验仪u大气相通，清零。

讲量纲调节到“kPa”档。

4、用水作标准物质，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15-20个/分钟，且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

。

重复读取三次，取平均值。

5、按要求配置一系列正丁醇水溶液，使其浓度分别为0.02mol/L、0.04mol/L、0.06mol/L、0.08mol/L、0.10mol/L、0.12mol/L、0.16mol/L、0.20mol/L、0.24mol/L。

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。

将上述步骤4中的蒸馏水依次换成不同浓度的正丁醇溶液，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2

3次，并收回各组的白瓷盘中备用。

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

T=22.8℃P=88.97kpaP去离子水（C）=516Pa

正丁醇浓度C（mol/L）

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.16

0.20

0.24

P（Pa）

490

468

444

427

406

396

358

340

332

数据处理

σ去离子水（22℃）=72.44R=0.28

正丁醇浓度C（mol/L）

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.16

0.20

0.24

σ/mN/m

68.6

65.52

62.16

59.78

56.84

55.44

50.12

47.6

46.48

-1×103

0.137

0.138

0.139

0.127

0.117

0.99

0.80

0.049

0.024

10-3

14.51

28.59

44.15

53.01

61.50

62.40

67.47

52.07

30.70

=62.76×10-3

实验注意事项

1.在整个实验过程中所用毛细管必须干净，并保持垂直，其管口应平整且刚好与液面相切；

2.读取压力计的压差后，应取气泡单个逸出时的最大压力差。

3.测完一个样品后，要先将系统排空再换用下一个溶液进行测定。

4.要注意系统的气密性，尤其是各部件的接口处不得漏气，否则实验失败。

思考题

1、毛细管尖端为何必须调节得恰好与液面相切？

否则对实验有何影响？

答：

过深：

压力偏大；液体外：

没有测到液体。

2、最大气泡法测定表面张力为什么要读最大压力差？

如果气泡逸出很快，或几个气泡一起逸出，对实验结果有无影响？

答：

最大压力差表示最大气泡刚好逸出瞬间的压力差值；使实验数据偏大，类似惯性，使读数器偏大。

3、毛细管半径大小对实验测定有何影响？

若毛细管不清洁，会不会影响测定结果？

答：

没有影响，因为会先用去离子水进行测定气泡半径R；毛细管不清洁会影响出泡的大小与速率。