最大泡压法测表面张力具体操作及用origin处理数据.docx

1、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

2、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，

3、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

4、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

5、析纯） 移液管（10mL） 1支吸耳球 1个 容量瓶（50 mL） 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

6、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

7、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Add new column，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

8、Set column values，出现Set column values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-Liner Curve Fit中的Advanced Fitting Tool，出现NLSF窗口或NonLinear Curv Fitting 窗口，或按快捷键“Ctrl+Y”。（2）自定义拟合函数在NLSF窗口的菜单中选择Function中的NewDe

9、fine New Function对话框。在Name文本框中输入函数名。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。在Number of Parameter下拉自定义函数式中的参数个数：3。在下方Form中选Equations单击Save即可。 3. 指定函数变量。在NLSF窗口的菜单中选择Action中的Dataset，打开Select Dataset对话框。在对话框顶部的列表框内单击y变量，然后在Available Datasets列表框中单击Data1-c。单击Assign命令按钮。即y变量对应于Data1_C

10、数列了。同样可指定x变量对应于Data1_A数列。4. 曲线拟合。在NLSF窗口的菜单中选择Action中的Fit分别设置参数的初始值，可都设为1。点击10 Iter按钮25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。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