1、物理化学实验化工学院13 级化工四班李雅文学号：1320103154实验二十一溶液表面张力的测定最大气泡压力法一、实验目的1.用最大气泡法测定不同浓度乙醇溶液的表面张力。2.了解表面张力的性质、表面自由能的意义，以及表面张力和吸附的关系。3.学会镜面法作切线的方法。三、实验原理用本法测定乙醇，水溶液的数据对 ,c，作图将 c-曲线在不同浓度的斜率 Tc)(代入吉布斯等温吸附式: TcR)(求出相应的吉布斯吸附量 c按 Lanbmuir 等温吸附变形公式: c1以 c/直线斜率 tg求出饱和吸附量 ，进而得出乙醇分子横截面积 S 和分子长度 ，结合直线截距得出吸附系数 :1)(tg以上各式中，c
2、 为浓度 ;T 为绝对温度(K); 为表面张力(N/m ) ; 为吉布斯吸附量(mol/m 2 ) ; M 为溶质摩尔质量 ;为溶质密度(kg/m3 ) ; S 为分子截面积(m(/分子); 为分子长(m); 为吸附(平衡)常数;N A 为阿氏常数(6. 002 x 1023Mol-1);R 为气体常数(8. 314J/molK)。为了求以上参数，关键是测 。2.表面张力即界面张力，矢量。源于凝聚相界面分子受力不平衡，意为相界面的单位长度收缩力。 。也是在各对应条件下凝聚系表面相的热力学强度性质，如恒温、恒压下扩大单位表面积所需的可逆功，故亦称比表面自由烩，SI 单位J/m 2 。与凝聚相和表
3、面共存接触相种类有关(如无说明，通常指定被凝聚相饱和了的空气为共存接触相)，还与 T, p 有关，与凝聚相纯度和杂质种类有关。浓度升高，溶液的 有增有减，随溶质、溶剂而异，表面活性剂分子是两亲分子，它们的水溶液 随浓度升高先剧降，后微升，再渐趋恒定。 随 c 而变的本质是溶液表面相浓度对体相浓度的偏离，此现象称为表面吸附。表面吸附量 r 与浓度有关，用吉布斯等温吸附式(1)求出， Tc)(为 一 c 曲线在指定浓度的斜率。Tc)(0 为正吸附，表面浓度较体浓度为高，达饱和吸附时，趋于饱和吸附量 ，此时两亲分子在溶液表面处于高度有序的竖立密集，形成单分子膜。若将兰格缪尔等温吸附式中的吸附量赋予吉
4、布斯吸附量的特定意义，则可从其变形式求出 ，设分子吸附层厚 , 即两亲分子长。依 Mp，由此得出求分子 的式子(2)。3. 的测定方法有最大气泡法、环法、滴重法、毛细管上升法等，其中最大气泡法设备简单，易操作，应用广。此法是将下口齐平的毛细管垂直插人试液，并使管口刚与液面相切，则可看到在毛细管内形成凹液面。凹液面受力一是大气压 P0，一是附加压力rP/20, r 是凹液面半径，r0，故 0，表示 P指向背液面，即低于平液面所受外压，因此凹液面受到的总压是 r/001。现对管外减压，随管外压力 hgP02减小(负压， h取负;g重力加速度， 压力计内液柱密度)， |增大， |r减小，P 1 随
5、P2 同步减小，故 P2 = P1，得: 2/hrg由于减压，凹液面不断下降，r 为不定值，但当凹液面上形成的小气泡降至毛细管下口，并随气流离开的瞬间， |r降至极小，刚等于毛细管下口内径，此时 |h升至最大。若再微微减压，气泡逸出，h剧降，r 为定值，所以只要测出最大的 |h，即可用上式求出。(式中的 r、 h皆可取正) 。由于 r 一定，故 2/gr为定值，称仪器常数 K，可用纯水的 和同条件下实测的 h求出。故:00/hK溶液浓度 c 用折射仪测出。四、仪器药品仪器:蓄水瓶，毛细管，试管，烧杯，U 型水柱压力计，温度计，分液漏斗，表面张力仪 1 套。药品:乙醇溶液:5%，10%，20%，
6、30% , 40%，50% 。五、实验步骤1.按图 28 安装好实验仪器，检查仪器是否漏气，检查方法如下:由分液漏斗往蓄水瓶中加水，使压力计产生一定的压力差，停止加水如压力差维持 3 一 5 分钟不变，可认为不漏气。2.仔细用热的铬酸洗液洗涤毛细管，这是本实验关键。3.毛细管常数的测定在清洁的试管中加人约 1/4 体积的蒸馏水，装上清洁的毛细管，使端面恰好与液面相接，打开分液漏斗，使水缓缓滴出，以增加毛细管内压力，使气泡冒出，观察气泡冒出的速度与压力的关系，调节气泡逸出速度不超过每分钟 20 个时，如此三次，若每次得 h，差别在 2mm 以内，取平均值，求 k。否则重复步骤 2，然后再测。4.乙醇溶液表面张力的测定将试管中的水倒出，用待测溶液洗试管和沾洗毛细管(尖端沾取待测液，然后用洗耳球吹掉内溶液)3 次，在试管中装人待测溶液，用上述方法快速测定浓度为 5%,10% , 20%, 30% , 40% , 50%的乙醇溶液压力差h，都测 3 次取其平均值。
