最大泡压法测表面张力具体操作及用origin处理数据.docx

最大泡压法测表面张力具体操作及用origin处理数据.docx

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最大泡压法测表面张力具体操作及用origin处理数据

最大气泡压力法测定溶液的表面张力

一、实验目的

1.了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系。

2.掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技术。

3.通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇分子的横截面积，进一步了解表面张力、表面自由能、表面张力和吸附量关系的理解。

技能要求：

掌握表面张力测定仪的使用方法，实验数据的作图处理方法

二、实验原理

在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的吉布斯自由能的增值称为表面吉布斯自由能，用表示，也可以看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（）。

液体的表面张力与温度有关，温度越高，表面张力越小，当到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋于零。

液体的表面张力与液体的浓度有关，在溶剂中加入溶质，表面张力就会发生变化，并且，决定于溶质的本性和加入量的多少。

如果溶质的加入能降低表面吉布斯自由能，则边面层溶质浓度比溶液本体浓度大；如果溶质的加入能升高表面吉布斯自由能，则边面层溶质浓度比溶液本体浓度小；在一定温度和压力下，溶质的表面吸附量与溶液的表面张力有关，并符合：

上式称为吉布斯等温（Gibbs）吸附方程，式中为表面吸附量（）；c为溶液浓度（）；T为绝对温度（K）；为溶液的表面张力。

由Gibbs公式可以看出， 若，则，称为正吸附，即溶液表面层浓度大于本体溶液浓度，这种溶质称为表面活性物质；若，，为负吸附，即溶液表面层浓度小于本体溶液浓度，这种溶质称为非表面活性物质。

Gibbs公式表明，只要测得溶液的浓度和表面张力关系，就可求得各种不同浓度下溶液的吸附量。

吸附量与浓度之间的关系也可以用Langmuir等温吸附方程式表示，即：

式中为饱和吸附量，为经验常数，将上式整理得：

以对作图可得到一条直线，其斜率的倒数即为。

如果以代表1平方米表面层的分子数，则

式中为Avogadro常数，则每个分子的截面积为:

测定表面张力的方法很多：

有毛细管上升法，滴重法，最大气泡压力法，吊环法等。

本实验用最大气泡压力法测定溶液表面张力并计算乙醇分子截面积。

在气泡形成的过程中，由于表面张力的作用，凹液面会产生一个指向液面外的附加压力，并有如下关系：

附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径R成反比，对球形凹面有：

或写成

式中K称为毛细管常数，可用已知表面张力的液体作为标准标定。

毛细管中气泡刚形成时，由于曲率半径较大，附加压力较小；当气泡长成半球形时，曲率半径等于毛细管半径，此时值最小，附加压力最大，随着气泡的进一步增大，又趋增大，附加压力又变小，直至逸出液面。

使用数字微压计测量附加压力时，测量值和压力计的零点有关，而同时使用增压操作和减压操作，其测量值的差值同压力计的零点无关，可以提高测量准确度。

三、仪器和试剂

表面张力测定仪1台移液管（5mL）1支

无水乙醇（分析纯）移液管（10mL）1支

吸耳球1个容量瓶（50mL）8个

四、实验步骤

表面张力仪外观图

1．准备

（1）通过仪器的进水口（顶部）加水至液位计的一半处。

（2）将表面张力测定仪放在平稳不受振动的地方，开启电源，预热仪器。

（3）取下样品试管，用蒸馏水清洗样品试管，并用吸耳球清洗样品试管所配毛细管。

（4）在50mL容量瓶中配制质量/体积比为5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%的乙醇水溶液。

2．测量

（1）样品管中加入蒸馏水，固定于测定仪上，调节液位调节旋钮，控制样品管内液体液面与毛细管底部相切。

（2）插入1号和2号温度探头（1号温度探头为样品温度探头，2号温度探头为水浴温度探头）。

（3）将表面张力仪的增压口、减压口分别与样品试管上口、侧口相连（采用橡胶管连接，应注意，橡胶管应尽量短，增压口与样品管上口相连，减压口与样品管侧口相连）。

将平衡开关、增压开关、减压开关打到关闭状态。

（4）打开磁力搅拌装置，调节合适的搅拌速度（500r/min）。

（5）调节控温装置，设置水浴温度（一般设置为25℃）。

（6）打开增压开关，调节针阀，控制气泡吹出速度约为1个/10s，读取并记录压力最大值，记为（应注意液位计的液位变化，液位过高时打开平衡开关进行平衡），记录5组数据。

（7）关闭增压开关，打开减压开关，调节针阀，控制控制气泡吹出速度约为1个/10s，读取压力最小值，记为，记录5组数据。

（8）依次测量5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%的乙醇水溶液的附加压力值。

（9）测量结束，关闭减压开关，关闭搅拌，关闭控温开关，打开平衡开关，两液位计液位相互平后关闭平衡开关。

五、数据记录和处理

1.计算各溶液的浓度：

2.计算各样品的：

3.用Origin7.5处理表面张力数据方法

A.输入数据

（1）点击"Origin"图标，打开Origin窗口。

（2）在"Data1"窗口中输入实验数据：

A（X）对应c，B（Y）对应。

（3）鼠标右键点击空白处，出现快捷框，点击"Addnewcolumn"，出现C（Y）列。

（4）求溶液的表面张力：

　　鼠标右键点击C（Y），出现快捷框，点击"Setcolumnvalues"，出现"Setcolumnvalues"窗口，在"Col（C）="后填入"水的表面张力*Col（B）/水"，如

　　Col（C）=0.07197*Col（B）/1376.8

点击OK即可在C（Y）列中得到溶液的表面张力。

2.非线性拟合

（1）拉黑C（Y）列，点击Origin窗口上方菜单栏中"Analysis"下拉菜单的"Non-LinerCurveFit"中的AdvancedFittingTool…，出现NLSF窗口或NonLinearCurvFitting窗口，或按快捷键“Ctrl+Y”。

（2）自定义拟合函数

①在NLSF窗口的菜单中选择"Function"中的"New"DefineNewFunction"对话框。

②在"Name"文本框中输入函数名。

③在"Defination"文本框中输入自定义的函数表达式。

乘用"*"号，除用"/"。

在表面张力实验中为：

，其中y--表面张力，x--浓度。

④在"NumberofParameter"下拉自定义函数式中的参数个数：

3。

⑤在下方"Form"中选"Equations"

⑥单击"Save"即可。

3.指定函数变量。

①在NLSF窗口的菜单中选择"Action"中的"Dataset"，打开"SelectDataset"对话框。

②在对话框顶部的列表框内单击y变量，然后在"AvailableDatasets"列表框中单击"Data1-c"。

③单击"Assign"命令按钮。

即y变量对应于Data1_C数列了。

同样可指定x变量对应于Data1_A数列。

4.曲线拟合。

①在NLSF窗口的菜单中选择"Action"中的"Fit"

②分别设置参数的初始值，可都设为1。

③点击"10Iter"按钮2～5次，直至参数值不变即可。

同时拟合出的曲线也将出现在绘图框中。

　　将参数值代入自定义的函数式中，即为由数据拟合的表达式。

绘图框中的曲线即为拟合曲线。

关闭NLSF窗口。

④由求出，然后计算乙醇分子的横截面积。

六、注意事项

1．在测量定表面张力过程中，应注意控制气泡的速度；

2．注意仪器液位的变化；

3．由于使用同一样品管进行测定，测量过程中润洗应充分；

4．样品管中液面的调节，应与毛细管刚好相切；

5．实验前必须用蒸馏水标定，且同一样品测量过程中，不能开启平衡开关。

七、思考题

1.毛细管尖端为何必须调节得恰与液面相切?

否则对实验有何影响?

2.最大气泡法测定表面张力时为什么要读最大压力差?

如果气泡逸出的很快，或几个气泡一齐出，对实验结果有无影响?

3.为什么可由求出