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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
L用本法测定[乙醇,水]溶液的数据对[,c],作图将C一曲线在不同浓度的斜率代入吉布斯等温吸附式:
求出相应的吉布斯吸附量
按Lanbmuir等温吸附变形公式:
以直线斜率求出饱和吸附量,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:
以上各式中,c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/m2 ) ; 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;NA为阿氏常数(6. 002 x 1023Mol-1);R为气体常数(8. 314J/mol·K)。
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/m2 }。
与凝聚相和表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,为一c曲线在指定浓度的斜率。0,0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,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, r是凹液面半径,r0,故 0,表示指向背液面,即低于平液面所受外压,因此凹液面受到的总压是。
现对管外减压,随管外压力减小(负压,取负;g重力加速度,压力计内液柱密度),增大,减小,P1随P2同步减小,故P2 = P1,得:
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,降至极小,刚等于毛细管下口内径,此时升至最大。若再微微减压,气泡逸出,剧降,r为定值,所以只要测出最大的,即可用上式求出。(式中的r、皆可取正)。由于r一定,故为定值,称仪
器常数K,可用纯水的和同条件下实测的求出。故:
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%,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。
六、数据处理和结果
1.将实验所记录的数据用表格列出
第一组
第二组
第三组
平均值
蒸馏水
右
20.60
20.55
20.60
20.58
左
13.10
13.13
13.10
13.11
5% 乙醇溶液
右
19.90
19.93
19.96
19.93
左
13.
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