液体表面张力的测定及应用Word文档格式.docx

1、 本实验采用最大气泡压力法测定乙醇水溶液的表面张力，仪器如下图所示：表面张力仪中的毛细管与待测液体面相切时，液面即沿毛细管上升。打开 分液漏斗的活塞，使水缓慢下滴而减少系统压力，这样毛细管内液面上受到一 个比试管中液面上大的压力， 当此压力差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，气泡就从毛细管口逸出，这一最大压力差可由数 字式微压测量仪上读出。其关系式为p最大 p大气 p系统 p如果毛细管半径为 r ，气泡由毛细管口逸出时受到向下的总压力为r p最大 ，气泡在毛细管受到的表面张力引起的作用力为 2 r 。刚发生气泡自毛细管口逸出时，上述压力相等即22r p最大 r p 2

2、 r若用同一根毛细管，对两种具有表面张力分别为 1、2 的液体而言，则 有下列关系：r1= 2 p112p1 p2K p12 p11=p2式中 K 为仪器常数其单位为 m。因此，以已知表面张力的液体为标准，即 可求出其它液体的表面张力，将这种测定表面张力的方法叫做最大气泡压力 法。一途径是尽可能缩小其表面积。对于溶液则由于溶质会影响表面张力，因此可 以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度 应比溶液内部来得大。反之溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓 度比在内部的浓度来得低，这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫“吸 附

3、”。显然，在指定温度和压力下，吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度有关， Gibbs 用热力学的方法推导出它们之间的关系式。对于二组分溶液，当溶质的活度可用其相对浓度代替时， Gibbs 公式可以 表示为：cdRT dc式中为表面吸附量（ mol/m2）；为溶液的表面张力（ J/m2）；T 为热力学 温度； c 为溶液浓度（ mol/m）；R 为气体常数。当d / dc 0 时， 0 称为正吸附；反之当 d / dc 0 时， 0 称 为负吸附。前者表明加入溶质使液体表面张力下降， 此类物质称表面活性物质。 后者表明加入溶质使液体表面张力升高，此类物质称非表面活性物质。因此， 从 Gibbs 关系

4、式可看出，只要测出不同浓度溶液的表面张力，以作图， 在图的曲线上作不同浓度的切线，把切线的斜率代入 Gibbs 吸附公式，即可求 出不同浓度时气液界面上的吸附量 。L 假若在饱和吸附的情况下，在气液界面上铺满一单分子层，则可应用下 式求得被测物质的横截面积 q 。三、仪器和药品表面张力仪，超级恒温槽，抽气瓶，数显压差计，胶头滴管， 50mL容量瓶 13个，水银温度计（ 0100）1 支，5mL、10mL、25mL移液管各一支，无水乙 醇。四、实验步骤1.配制溶液。按要求用移液管移取相应体积的乙醇原始溶液到不同的 50mL容量瓶中，并用蒸馏水稀释至刻度，配制出 13 种待测溶液。2.测定仪器常数

5、。把表面张力仪调节到垂直，在 A 管中注入蒸馏水，使 液面刚刚与毛细管 B的下端接触。然后缓缓打开抽气瓶的旋塞 D 抽气，直到有 气泡从毛细管下端逸出。并适当调节旋塞 D 的防水速度使得 23s 逸出一个气 泡为宜。这时持续观察数显压差计 23min，并把最大压差值 pmax 记录下来。液 体的 表面 张力都 与温 度 有关 。纯 水 在 25 下 的表 面张 力 为2 1 17.197 102N m 1。结合此处测得的 pmax ，由 =-2R pmax K pmax可以求 得所用仪器的仪器常数 K 。3.从稀到浓依次测定配置的乙醇水溶液的 pmax ，并结合表面张力仪的仪器常数 K 计算每

6、一种溶液的表面张力 。此处需要注意的是，每次测试前需要 用少量的待测液体把表面张力仪润洗两次。五、数据记录与处理1.恒温箱温度： 26.3 pmax （水）：-0.533kPa原始（mL）由文献数据 25时水的表面张力为： 7.197 10-2N/m;又由公式： 1= 2 p1 K p1-1知仪器常数 K ： -0.000135028m-12.实验记录与相关值如下表：3.对上表数据进行处理：（1） -c 拟合曲线 :0.17-0.50.060.50150075-0.00.34-0.4-0.0091.00031030774405360.51-0.0071.50027046571718720.68

7、0.052.006137901.02-0.0053.0004059107509041.37-0.3-0.0034.0087239365.001.710.0452689702567392.40-0.0027.0013436303374603.089.007421041805012.04.11-0.20.032.05045965788323015.05.140283-0.0014737718.06.170189-0.000482891823.07.890.023.4398040297866Equation ： y p1 p2*ln（1 p3* x）Nonhnear Curve Fit （NewFu

8、nctfonl （User） （2016/4 18 31:31） ParametersValueStandard Errxxp1 0072117 14699E-4我激力面pZ 0 01W73 44EY03 1938350 25628rmuom Chy 2 3eeo4ia3i$ie-7COCXE-0 9M75H3I707MHevtaor Pe*1ormod 4TcM llcr.E n SeMon 1Fit converpod ClipSqr tolermc# value of IE-9 was roachodStatistics农张力面Number of PontsDegrees of Free

9、dom10Reduced ChkSqr2 36694E-7Residual Sum of Squares2 36694E-6Adj. RSquare0 9M51F StotusSucceeded（100）Fit Stafm Code100 Fr oomn）Bd 6$FRgrettton 30 032710 010946071 13845Residual 10Uncorrected Totnl 130 03272Corrected Total 120 00191Fitted Curves Plot （2） d / dc-c 拟合曲线：（3） 拟合- c 曲线则由上述图线值及报告值可知： ?2?=

10、 ?= 0.01537，则 = ?= 8.3104.01532799.45= 6.174 10-6 故，乙醇分子的横截面积：10-19 ?211q = = -6 23 = 2.69 6.174 10-6 6.02 1023六、实验结论与讨论：实验测得乙醇分子的截面积为： 2.69 2。误差分析：1.实验时，压差计的读数由人为观察，长时间观察不准确，可能造成误差2.气泡冒出的速度人为不易控制，而且毛细管下端可能会略微插入液面可 能造成一定的误差。七、思考题：1. 实验中为什么要保持表面张力仪 A 垂直？ 答：如果不能使毛细管尖端与待测溶液液面保持垂直并相切， 那么气泡 不能连续逸出，使压力计的读数不稳定，且影响溶液的表面张力。2. 在测定过程中，如果冒气泡的速度太快会有何影响？如果气泡逸出速度太快， 气泡的形成与逸出速度快而不稳定， 致使 压力计的读数不稳定，不易观察出其最高点而引起较大误差。3.如果往表面张力仪中加入的待测液体过多，会对测得的表面张力有何影 响？产生答：如果表面张力仪中的液体过多， 会使毛细管内产生一段水柱， 额外压力，使得实测的 pmax 变大。4.仪器常数与温度有没有关系，为什么？仪器常数与温度有关系，温度越高，仪器常数越小。