最大泡压法测定溶液的表面张力 3Word格式.docx
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o，P>
0，称为正吸附；
若
>
o，则P<
0，称为负吸附。
本实验研究正吸附情况。
有一类物质，溶入溶剂后，能使溶剂的表面张力降低，这类物质被称为表面活性物质。
表面活性物质具有显著的不对称结构，它们是由亲水的极性基团和憎水的非极性基团构成的。
对于有机化合物来说，表面活性物质的极性部分一般为-NH+3，-OH，-SH，-COOH，-SO2OH等。
乙醇就属这样的化合物。
它们在水溶液表面排列的情况随其浓度不同而异。
如图A所示，浓度很小时，分子可以平躺在表面上；
浓度增大时，分子的极性基团取向溶液内部，而非极性基团基本上取向空间；
当浓度增至一定程度，溶质分子占据了所有表面，就形成饱和吸附层。
以表面张力对浓度作图，可得到σ-c曲线，如图B所示。
从图中可以看出，在开始时σ随浓度增加而迅速下降，以后的变化比较缓慢。
在σ-c曲线上任选一点i作切线，即可得该点所对应浓度Ci的斜率（dσ/dci），再由Gibbs吸附方程式，可求得不同浓度下的T值。
3．饱和吸附与溶质分子的横截面积
吸附量Γ与浓度C之间的关系，可用郎格茂（Langmuir）吸附等温式表示：
式中Г∞为饱和吸附量；
K为常数。
将上式取倒数可得：
作图，直线斜率的倒数即为Г∞。
如果以N代表1m2表面上溶质的分子数，则有：
式中L为阿伏加德罗常数，由此可得每个溶质分子在表面上所占据的横截面积：
因此，若测得不同浓度的溶液的表面张力，从σ-c曲线上求出不同浓度的吸附量P，再从P-c直线上求出T∞，便可计算出溶质分子的横截面积S。
2．最大泡压法测表面张力原理
测定溶液的表面张力有多种方法，较为常用的有最大泡压法其测量方法基本原理可参见图2
图中B是管端为毛细管的玻璃管，与液面相切。
毛细管中大气压为p0。
试管A中气压为p，当打开活塞E时，C中的水流出，体系压力p逐渐减小，逐渐把毛细管液面压至管口，形成气泡。
在形成气泡的过程中，液面半径经历：
大→小→大，即中间有一极小值rmin＝r毛，此时气泡的曲率半径最小，根据拉普拉斯公式，气泡承受的压力差也最大：
（5）
此压力差可由压力计D读出，故待测液的表面张力为：
（6）
若用同一支毛细管测两种不同液体，其表面张力分别为γ1、γ2，压力计测得压力差分别为Δp1、Δp2则：
（7）
若其中一种液体的γ1已知，例如水，则另一种液体的表面张力可由上式求得。
即：
（8）
（9）
称为仪器常数，可用某种已知表面张力的液体（常用蒸馏水）测得。
三、仪器与试剂
仪器：
表面张力测定装置1套，恒温水浴1套，阿贝折射仪1台，洗耳球1个，200mL烧杯1只
试剂：
乙醇（分析纯）
四、实验内容
1、配制溶液
用称重法粗略配制5％，10％，15％，20％，25％，30％，35％，40％的乙醇水溶液待用。
2、测定仪器常数
调节恒温槽温度为25℃。
将仪器认真洗涤干净，在测定管中注入蒸馏水，使管内液面刚好与毛细管口相接触，置于恒温水浴内恒温10min。
注意使毛细管保持垂直并注意液面位置，然后按图C接好系统。
慢慢打开抽气瓶活塞，进行测定。
注意气泡形成的速度应保持稳定，通常以每分钟约8～12个气泡为宜。
记录U型压力计两边最高和最低读数各3次，求出平均值。
3、测定醇溶液的表面张力
以不同浓度的乙醇或正丁醇溶液进行测量。
从稀到浓依次进行。
每次测量前必须用少量被测液洗涤测定管，尤其是毛细管部分，确保毛细管内外溶液的浓度一致。
五、数据记录与处理
原乙醇溶液浓度C（V%）
压力差（Pa）
1
2
3
平均
577
570
568
571.7
5
470
465
467
467.3
10
400
399
407
402.0
15
363
367
360
363.3
20
345
356
349
350.0
25
306
309
301
305.3
30
285
289
279
284.3
35
269
275
268
270.7
40
261
264
260
261.7
1、以纯水测量结果计算K1值。
查表得
σ=KΔP
K=71.97*10-3/572=1.26*10-4M
2、根据所测折光率，由实验室提供的浓度折射率工作曲线查出各溶液的浓度。
图1-------折光率和乙醇浓度百分含量关系图
3、计算各溶液的σ值。
实际乙醇溶液浓度C（V%）
实际乙醇溶液浓度C
σ/10（-3）N/m
平均值
2.2
0.38
58.83
4.9
0.83
50.61
15
9.7
1.66
45.74
11.1
1.91
44.06
17.5
3.01
38.44
21.3
3.66
35.79
25.8
4.42
34.07
28.6
4.91
32.94
4、作σ-c图，并在曲线上读出10个点的表面张力，分别作出切线，并求得对应的斜率。
项目
C
σ
K/10（-3）
Γ/10（-3）
C/Γ
/（mol/L）
/10（-3）
m-2
/10（3）（m2/L）
N/m
0.4
56.93
-10.165
0.0016402
243.87
0.9
52.12
-9.0726
0.0032938
273.24
1.4
47.86
-7.9697
0.0045009
311.05
4
1.9
44.15
-6.8667
0.005263
361.01
2.4
40.99
-5.7585
0.0055751
430.49
6
2.9
38.38
-4.6608
0.0054524
531.88
7
3.4
36.32
-3.5579
0.0048798
696.75
8
3.9
34.82
-2.4527
0.0038587
1010.71
9
4.4
33.86
-1.3508
0.0023976
1835.19
4.9
33.45
-0.2619
0.0005177
9465.32
5.根据Gibbs方程求算各浓度的吸附量T，并作出图，由直线斜率求其，并计算值。
图2-------乙醇浓度与表面张力图
图3------------C与C/Γ关系图
=1/k=1/1194.35=8.373*10-7mol·
m-2
=1.984*10-18m-2
文献值
表-----1.浓度折射率关系图
浓度
折光率
25℃
1.3326
1.3362
1.3398
1.3432
1.3465
1.3494
1.3520
1.3542
1.3564
表-----2.纯水温度与表面张力关系图
t/℃
71.97
70.18
45
68.74
表-----3.乙醇溶液浓度与表面张力关系
W﹪
0.00
72.20
0.000
71.23
2.72
60.79
0.792
66.08
5.21
54.97
2.143
61.56
11.10
46.03
4.994
54.15
20.50
37.53
10.39
45.88
30.47
32.25
17.28
38.54
40.00
29.63
25.00
34.08
六、思考题
1、在测量中，如果抽气速度过快，对测量结果有何影响?
答：
本实验的关键在于控制抽气速率，气泡形成的速率应保持稳定，若抽气速率过快，气泡形成过快，使测量读数偏高，影响测量结果。
2、如果毛细管末端插入到溶液内部进行测量行吗?
为什么?
不行。
毛细管末端应与液体液面相切，而此时的压力才是大气压力。
若插入液面内部，压力将发生变化，导致测量结果不准确。
`
七注意事项
1.仪器系统不能漏气。
2.所用毛细管必须干净、干燥，应保持垂直，其管口刚好与液面相切。
3.打开滴液漏斗的活塞时要求使气泡尽可能慢的鼓出。
4.毛细管要求出泡均匀，内径不可太粗，否则误差太大。
毛细管头部必须平整光滑，不沾油污，以免出泡不均匀。
5.测定表面活性剂溶液时，溶液要沿管壁慢慢加入，防止大量气泡。
测定时也应放掉一些气泡后，才读出最大压力差，不能让泡沫在液面上过多堆积影响溶液和形成的压力差。
6.毛细管必须干净，保持垂直，其管口刚好与液面相切．每次测量前用待测液洗涤毛细管，保持毛细管与样品管所测液浓度一致。
7.读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。
用吸耳球洗毛细管时，要打开活塞
八讨论
1．误差
实验结果表明，运用单一毛细管插入液面以下一定深度进行溶液表面张力测定，它既能够克服气泡逸出不稳定，难以调节毛细管端面正好与液面相切的缺点，又能保证实验结果的准确性．具有操作简单、快速、准确度高等优点．对于物质不同温度下
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