+最大压差法测表面张力实验

中国石油大学最大压差法测表面张力实验报告

实验日期： 2012.10.24 成绩：

班级： 石工11-07 学号： 11021329姓名： 张明山 教师： 王增宝 同组者： 何波波

实验二 最大压差法测表面张力

一.实验目的

1.掌握最大压差法测定表面张力的原理及方法；

2.测定正丁醇水溶液的表面张力，了解表面张力的概念及影响因素； 3.学习 Gibbs 公式及其应用。

二.实验原理

由于净吸引力的作用，处于液体表面的分子倾向于到液体内部来，因此液体表面倾向于收缩。要扩大面积，就要把内部分子移到表面来，这就要克服净吸引力作功，所作的功转变为表面分子的位能。单位表面具有的表面能叫表面张力。 在一定温度、压力下纯液体的表面张力是定值。但在纯液体中加入溶质，表面张力 就会发生变化。若溶质使液体的表面张力升高，则溶质在溶液相表面层的浓度小于在溶液相内部的浓度；若溶质使液体的表面张力降低，则溶质在溶液相表面层的浓度大于在 溶液相内部的浓度。这种溶质在溶液相表面的浓度和相内部的浓度不同的现象叫吸附。 在一定的温度、压力下，溶质的表面吸附量与溶液的浓度、溶液的表面张力之间的关系，可用吉布斯（Gibbs）吸附等温式表示：

cd RTdc

式中 Γ －吸附量（mol/L）；

c－吸附质在溶液内部的浓度(mol/L)； －表面张力（N/m）；

R－通用气体常数（N.m/K.mol）； T－绝对温度（K）。

若 d /dc＜0,溶质为正吸附；若 d /dc＞0，溶质为负吸附。通过实验若能测出表 面张力与溶质浓度的关系，则可作出 －c 曲线，并在此曲线上任取若干个点作曲线的 切线，这些曲线的斜率即为浓度对应的 d /dc，将此值代入 2－1 式可求出在此浓度时 的溶质吸附量。

测定液体表面张力的方法有许多种。本实验采用最大压差法，测定装置如图 2－1。

图2-1 表面张力测定装置

测定时，将分液漏的活塞打开，使瓶内压力增加，气泡即可通过毛细管（要

。从浸入液面的毛细管端鼓出空气炮时，需要高出求它的尖嘴刚刚与液面接触）

外部大气压的 附加压力，以克服气泡表面张力。如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的（图 2-2）。此时附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式如下：

P

2 R

式中 Δ P－广口瓶内滴水形成的附加压力； R－气泡的曲率半径； －表面张力（N/m）。 当气泡开始形成时 ，表面几乎是平的，这是曲率半径最大，随着气泡的形成，曲 率半径逐渐变小，直到形成半球形，这是曲率半径与毛细管半径 r 相等，曲率半径达最 小值，根据 2-2 式，这时附加压力达最大值。气泡进一步长大，R 变大，附加压力则变 小，直到气泡溢出。

图 2－2 气泡最小曲率半径示意图

如果用图 2-1 装置，分别测出一种已知表面张力的液体（例如水）和另一未

知表面 张力液体（如正丁醇水溶液）的附加压力最大值，这时因为 R=r，所以,

p1

2 1r

式中：

Δp1 －已知表面张力液体的最大附加压力； 1－ 已知液体的表面张力。

p2

2 2r

式中：

Δp2 －未知表面张力液体的最大附加压力； 2－ 未知液体的表面张力。

因为两种液体的最大附加压力（即最大压差）是在同一仪器的同一毛细管测的。所以，上两式的 r 是相同的，若将 r 消去即得：

2

p2 p1

1 （2-5）

因此，在同一温度下，只要测得ΔP1、ΔP2，再由温度查出已知表面张力液体（水）的表面张力；即可由公式（2-5）求出未知液体的表面张力。

三.仪器与药品

1．仪器最大压差法测表面张力装置一套，洗瓶，吸耳球。 2．药品 正丁醇（分析纯），蒸馏水。

四.步骤

1.用洗液洗表面张力测定仪的外套管和毛细管。方法是在外套管中放入少量洗液, 倾斜转动外套管,使洗液与外套管接触( 注意不要让洗液从侧管流出 ).再将毛细管插入, 这时保持外套管倾斜不动,转动毛细管,使洗液与毛细管接触,再用洗耳球吸洗液至毛细 管内,洗毛细管内壁.用完的洗液倒回原来瓶中,然后用自来水充分冲洗外套管和毛细管, 最后用蒸馏水冲洗外套管和毛细管各三次,即可进行下面实验。

2.在外套管中放入蒸馏水(作为已知表面张力的液体,其表面张力见附录二),将毛 细管插入外套管,塞紧塞子,并使毛细管尖端刚碰到液面。读出斜管压差计下面一根管内 的零点液位 h0（此时斜管压力计两端都通大气）。按图 2－1 所示装好仪器，分液漏斗中 装满自来水。

3.打开分液漏斗的活塞，使分液漏斗中的水慢慢滴入广口瓶中，这时瓶内压力 逐渐增加，气泡将通过毛细管端。

从斜管压力计读出第一个气泡通过毛细管端时的最高液位 h1,如此重复三次，测三个平行数据，取平均值得 h2。

4.测完蒸馏水的最大压差后，倒掉蒸馏水，用 0.02mon/L 的正丁醇洗一次外套管 和毛细管，然后再加入该溶液，象测蒸馏水的最大压差一样，测定该溶液的最大压差。 依次侧得 0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35mom/L 的正丁醇溶液的最大压差。

（注意：每更换一次溶液，都应用待定液洗外管套管和毛细管）。 5.记录实验温度.

五.结果处理

1.由附录－查出实验温度下蒸馏水的表面张力。 由公式 2

p2 p1

用表格的形式列 1计算出不同浓度正丁醇溶液的表面张力，

出计算结果，并取一组数据附－计算实例。

3.以表面张力为纵坐标，以浓度为横坐标，在坐标纸上画出正丁醇溶液的 -c 图。

4.在 -c 图上选若干点，作不同浓度曲线时切线，依 Gibbs 公式（2-1）求出相应 的表面吸附量；并在坐标纸上画出正丁醇溶液的吸附等温线。

数据处理：以0.02mol/L为例

平均最大压差P=(P1+P2+P3)/3=(0.478+0.481+0.4479)/3=0.479 2=(ΔP2/ΔP1)* 1=(0.479/0.589)*73.05=59.41mN.m-1 其他浓度同理可得。

以表面张力为纵坐标，以浓度为横坐标，在坐标纸上画出正丁醇溶液的 -c 图。

表1.原始数据表

以表面张力为纵坐标，以浓度为横坐标，在坐标纸上画出正丁醇溶液的 -c 图。

数据处理：由图1模拟出趋势线方程 =66.119e-1.6814c 则

d dc

=(-1.6814)*66.119e-1.6814c

由Gibbs公式： cd RTdc

以0.02mol/l为例

c=0.02mol/l，R=8.314Pa*m3*k-1*mol-1,T=18+273=291K， 代入数据得Γ=0.888*10-6mol/l 其他浓度与此相同

图2.291K时正丁醇吸附量数据表

0 0.888 2.112

3.884

5.356

6.565

7.545

8.324

c

0.02

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

正丁醇吸附等温线

六.思考题

1.实验中，如果毛细管深入液面 1mm 会造成多大误差？

答：会使最大附加压力增大很多。从而使表面张力增大很多。 2.实验中，为什么要尽量放慢鼓泡速度？

答：为了让气泡逐渐形成，使曲率半径逐渐变小最后达到与毛细管半径相等，曲率半径达最小。鼓泡过快气泡来不及形成，达不到曲率半径最小，会造成实验测量误差。

3.实验中，为什么要求从稀到浓逐个测定不同浓度溶液的表面 …… 此处隐藏：2101字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……