物化实验报告6-最大气泡压力法测定溶液的表面张力

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:Γ = -（c/RT）/（dγ/dc） （1） 式中，Г为溶液在表层的吸附量；γ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： Γ =Γ∞Kc/（1＋Kc） （2）

Γ∞为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的Г。 c/Γ =（1＋Kc）/Γ∞K = c/Γ∞＋1/Γ∞K （3）

以c/Г对c作图，则图中该直线斜率为1/Г∞。由所得的Г∞代入Am=1/Г∞L可求被吸附分子的截面积（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0.15～0.2mm）；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——附加压力（△p=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： Δp=2γ/R （4）

式中，Δp为附加压力；γ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：

Δp最大 = 2γ/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：

γ=KΔp最大 （6）

式中仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。

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10~20s（数显微压差测量仪为5~10s）。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最大值，每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：28.7℃ 大气压力：99.94KPa

恒温槽温度：30.82℃ γ水：71.18 mN.m-1

1、计算仪器常数K：

∵γ = KΔp

∴K =γ水/Δp最大，水= 71.18/622.3= 0.1144 mm 由K计算各个浓度下的正丁醇溶液的γ值’ 2、计算dγ/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 dγ/dc = -0.198 + 0.754c

根据公式：Γ = -（c/RT）*（dγ/dc） 可求得不同浓度下的Γ和c/Γ，记录在表一中 3、绘制Γ-c ,c/Γ-c等温线

Γ*10mol.m

6

-2

-3

图二（Γ-c等温线）

C（ mol/dm）

c/Γ×10 m

-7-1

C（ mol/m） 图三c/Γ-c等温线

从图中得出斜率1/Γ∞ =4.7*105 所以Γ∞=2.13*10-6 mol·m-2 所以Am=1/(Γ∞L)=1/(2.13*10*6.02*10)=7.80*10 m

-6

23

-19

2

-3

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5~10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。