最大气泡法测定液体的表面张力辽宁科技大学材冶VIP免费

最大气泡法测定液体的表面张力一、实验目的1．掌握最大气泡法测定液体的表面张力的原理和方法。2．熟悉表面张力的意义和性质，测定不同浓度液体的表面张力。3．熟悉表面吸附的性质及与表面张力的关系。二、实验原理溶剂中加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化，加入表面活性物质（能显著降低溶剂表面张力的物质）则它们在表面层的浓度要大于在溶液内部的浓度，加入非表面活性物质则它们在表面层的浓度比溶液内部低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫溶液的吸附。显然，在指定的温度压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。从热力学可知，它们之间的关系遵守吉布斯吸附等温方程：TdcdRTc（7—1）式中：—为溶质在单位面积表面层中的吸附量（mol·m－2）；—为溶液的表面张力（N·m－2）；c—为溶液浓度（mol·m－3）；；R—气体常数，8.314J·mol－1·K－1；T—为绝对温度（K）。当)/(dcd<0时，>0，即溶液的表面张力随着溶液浓度的增加而下降时，吸附量为正值，称为正吸附，反之，当)/(dcd>0时，<0称为负吸附。吉布斯吸附等温方程式应用范围很广，但上述形式只适用于稀溶液。通过实验测得不同浓度溶液的表面张力1、2⋯⋯即可求得吸附量。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。试验装置如图（7—1）所示。图7—1表面张力测定装置1—样品管2—毛细管3—压瓶4—精密数字压力计5—大气平衡管6—活塞图7—2气泡曲率半径的变化规律将欲测表面张力的溶液装入样品管中，使毛细管的端口与液面相切，液体即沿毛细管上升，打开减压瓶3的活塞6，使里面的水慢慢的滴出，则系统内的压力慢慢减小，毛细管2液面上受到一个比样品管中液面上大的压力，此时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。开始时气泡表面很平，曲率半径很大，随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，形成半球时，气泡的曲率半径与毛细管的半径相等，曲率半径达最小值（如图7—2）。气泡进一步长大，曲率半径又变大，直到气泡从毛细管口脱出。曲率半径最小时有最大的附加压力，在压力计上就有绝对值最大的读数。此时气泡的曲率半径就是毛细管的半径。可见毛细管口冒出气泡所需要增加的压力（P）与液体的表面张力成正比。利用杨—拉普拉斯公式有：rhgPm2式中：mP—曲率半径最小时气泡的最大附加压力，单位为Pa；h—压力计上绝对值最大的读数，，单位为mmH2O;—水的密度；单位为kg·L－1g—重力加速度；单位为m·s－2—表面张力；r—气泡的最小曲率半径，同时也是毛细管的半径。于是得到：hKhgr2（7—2）式中K与毛细管的半径有关，对同一支毛细管是常数，称为仪器常数，可由已知表面张力的液体求得，例如已知水在实验温度下的表面张力，测得最大压力读数P，则pK/，求出该毛细管的K值，就可用它测定其他液体的表面张力了。hhPPPK（7—3）式中hh,为精密数字压力计的最大读数。由实验测得不同浓度时的表面张力，以浓度c为横坐标，为纵坐标，得—c曲线如图（7—3）所。当溶液浓度较小时，随c的增大而迅速下降。溶液浓度继oc图7—3表面张力及吸附等温线图7－4～c关系图续增大，溶液的表面张力随浓度的变化渐趋平缓。当浓度增大到某一值后，溶液的表面张力几乎不随浓度增加而改变。为了求得在不同浓度下的吸附量，可以利用图解法进行计算。如图7—3所示，在c~曲线上取任意一点a，通过a点作曲线的切线ab和平行于横轴的直线ba，分别交于纵轴bb和。令Zbb，则cZcbbdcd0故dcdcZ将上式代入（7—1）吉布斯吸附等温方程，得到该浓度时的吸附量为：TdcdRTc（7—4）CCb'bZacC以不同的浓度对其相应的作出曲线，)(cf称为吸附等温线，如图7—3中曲线c~所示。在一定的温度下，吸附量与溶液浓度间的关系可用Langmuir吸附等温式表示：kckc1或kckkcc11（7—5）以/c对c作图，得一直线，如图7—4所示。该直线的斜率为/1。为饱和吸附量，是溶液表面盖满一单分子层溶质的量，其单位是mol·cm－2。设1cm－2表面上被吸附的分子数为N，则有N＝NA；NA为阿伏伽德罗常数。由此可以计算出当饱和吸附时，每个分子在表面上所占据的面积，此面积亦可看作是分子的截面积：ASNA1(7—6)若已知溶液的密度，摩尔质...