化学溶液表面张力测定详解.docx

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化学溶液表面张力测定详解

学号：

201214140123得分：

基础物理化学实验报告

实验名称：

溶液表面张测定

12届药学班级1组号

实验人姓名：

李楚芳

同组人姓名：

罗媛，兰婷

指导老师：

邓斌

实验日期：

2014-05-30

湘南学院化学与生命科学系

一、实验目的：

1．加深理解表面张力的性质，表面吉布斯能的意义以及表面张力和吸附的关系。

2.掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。

二、主要实验原理，实验所用定律、公式以及有关文献数据：

当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化。

根据能量最低原理，若溶液质能降低溶剂的表面张力，则表面层溶质的浓度应比溶液内部的浓度大；如果所加溶质能使溶剂的表面张力增加，那么，表面层溶液质的浓度应比内部低。

这种现象为溶液的表面吸附。

用吉布斯公式（Gibbs）表示：

（1）式

　　式中，Г为表面吸附量（mol.m-2）；σ为表面张力（J.m-2）；Ｔ为绝对温度（Ｋ）；Ｃ为溶液浓度（mol/L）；

T表示在一定温度下表面张力随浓度的改变率。

　当　

T<0，Г>0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附作用。

T>0，Г<0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度小于内部的浓度，称为负吸附作用。

可见，通过测定溶液的浓度随表面张力的变化关系可以求得不同浓度下溶液的表面吸附量。

本实验采用最大气泡压力法测定正丁醇水溶液的表面张力值。

将欲测表面张力的液体装入试管中，使毛细管的端面与液面相切，液体即沿毛细管上升，直到液柱的压力等于因表面张力所产生的上升力为止。

若管内增加一个与此相等的压力，毛细管内液面就会下降，直到在毛细管端面形成一个稳定的气泡；若所增加的压力稍大于毛细管口液体的表面张力，气泡就会从毛细管口被压出。

可见毛细管口冒出气泡的需要增加的压力与液体的表面张力成正比。

σ=K△p

式中K与毛细管的半径有关，对同一支毛细管是常数，可由已知表面张力的液体求得。

本实验通过蒸馏水来测得。

由实验测得不同浓度时的表面张力，以浓度为横坐标，表面张力为纵坐标，得σ-c图，过曲线上任一点作曲线的切线和水平线交纵坐标于b1，b2两点，则曲线在该点的斜率为

代入吉布斯吸附方程，得到该浓度时的吸附量为：

=

　　吸附量与浓度之间的关系可以用Langmuir等温吸附方程式表示：

　Г∞表示饱和吸附量;C表示吸附平衡时溶液的浓度;K为常数

　　作　

～C　图，得一直线，由此直线的斜率和截距可求常数

∞和K。

　　如果以N代表1m2表面层的分子数，则:

N=

∞NA　式中,NA为Avogadro常数，则每个分子的截面积AS为：

三、仪器药品及材料

ZP-W表面张力测定仪一套；

0.050﹑0.100﹑0.200﹑0.300﹑0.400﹑0.500﹑0.600﹑0.700mol·L-1正丁醇溶液。

四、简述实验步骤和条件

1﹑装好实验仪器，检查气密性。

2﹑仔细用热洗液洗涤毛细管，再用蒸馏水冲洗数次。

3﹑毛细管常数K的测定：

在清洁的试管中加入约四分之一体积的蒸馏水，装上清洁的毛细管，使端面恰好与液面相切。

打开分液漏斗使水缓缓滴出，控制滴水速度，使气泡均匀稳定的逸出，每3-5s一个气泡为宜，在气泡破裂时读出压力差，连续读三次，取平均值。

4﹑正丁醇溶液一须张力的测定：

将试管中的水倒出，用待测溶液将试管和毛细管仔细洗涤三次，在试管中装入待测溶液，用上述方法测定浓度为0.050﹑0.100﹑0.200﹑0.300﹑0.400﹑0.500﹑0.600﹑0.700mol·L-1正丁醇溶液的压力差，分别测三次，取其平均值。

五、实验数据及现象的原始记录（需作表格的自作）：

原始数据记录：

温度（30℃）

蒸馏水的压力差如下：

表1-实验数据记录表

△p1=593Pa

△p2=593Pa

△p3=593Pa

△p平均=593Pa

正丁醇浓度（mol·L-1）

△P1、

（Pa）

△P2

（Pa）

△P3

（Pa）

△P平均

（Pa）

0．050

512

512

511

511.67

0.100

450

449

450

449.67

0.200

383

383

384

383.33

0.300

327

329

327

327.67

0.400

312

312

312

312.00

0.500

287

287

287

287.00

0.600

248

248

247

247.67

0.700

221

220

222

221.00

六、实验数据处理：

1﹑利用水的表面张力求出毛细管常数K

查表得：

30℃下水的表面张力为7.118×10-2（N·m-1）

由σ=K△p得:

K=σ/△p=7.118×10-2（N·m-1）/593Pa=1.200×10-4

2﹑计算不同浓度的正丁醇表面张力计算如下:

σ0.050=K△p=1.200×10-4×511.67=6.1400×10-2N·m-1

σ0.100=K△p=1.200×10-4×449.67=5.5160×10-2N·m-1

σ0.200=K△p=1.200×10-4×383.33=4.6000×10-2N·m-1

σ0.300=K△p=1.200×10-4×327.67=3.9320×10-2N·m-1

σ0.400=K△p=1.200×10-4×312.00=3.7440×10-2N·m-1

σ0.500=K△p=1.200×10-4×287.00=3.4440×10-2N·m-1

σ0.600=K△p=1.200×10-4×247.67=2.9720×10-2N·m-1

σ0.700=K△p=1.200×10-4×221.00=2.6520×10-2N·m-1

3﹑用origin二次多项式拟合作σ-c图，并在曲线上选取6点作切线和水平线段，求b1b2值。

图1σ-c图

拟合方程为

σ=0.06133-0.07964c+0.04448c2

得

T=-0.07964+0.08896c

图2

c=0.1303,b1=0.0603067，b2=0.05171

图3

c=0.2679，b1=0.0583666，b2=0.04309

图4

c=0.3303，b1=o.o557521，b2=0.03988

图5

c=0.4679，b1=0.0522692，b2=0.03374

图6

c=0.5，b1=0.0496907，b2=0.03263

图7

c=0.5303，b1=0.0475885，b2=0.03161

4﹑计算各浓度的

和

。

已知

计算结果如下：

表-2数据处理表

c/mol·L-1

b1/N·m-1

b2/N·m-1

×10-6/mol·m-2

×106/m2

0.1303

0.0603067

0.05171

3.41086

0.0382015

0.2679

0.0583666

0.04309

6.06120

0.0405172

0.3303

0.0557521

0.03988

6.29748

0.0524496

0.4679

0.0522692

0.03374

7.35172

0.0636450

0.5

0.0496907

0.03263

6.76907

0.0738654

0.5303

0.0475885

0.03161

6.33969

0.0836476

5﹑作

-c图和

-c图并由

-c图曲线的斜率求出

∞和K值

图8

-c图

图9

-c图

Y=A+B*X

A=17613.18839

B=110768.02877

因为

所以

=B=110768.02877

得

=1/110768.02877=9.02787×10-6mol·m-2

=A=得k=1/（9.02787×10-6*17613.18839）=6.28893

七、讨论（主要内容是：

①误差分析；

实验中异常现象处理；

对本实验的改进意见；

回答思考题。

）：

误差分析：

恒温槽的振动引起读数有少量波动。

思考题：

1.为什么液体的表面张力随温度升高而下降？

答：

温度升高时，通常总是使界面张力下降，从热力学的基本公式

推出

等式两边同时都乘以T，则

的值等于在温度不变时可逆扩大单位表面积所吸的热

，这是正值，所以

即

的值将随T的升高而下降。

八、结论（是否达到了预期目的，学到了那些新知识）：

本实验基本达到了预期的目的，加深理解表面张力的性质，表面吉布斯能的意义以及表面张力和吸附的关系。

掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术，巩固了origin的使用。