应用物理化学-最大压差法测表面张力-中国石油大学.doc

中国石油大学 化学原理（二）24 成绩： 班级：石工 学号： 姓名： 教师：王增宝同组者： 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： 式中：—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（）； T—绝对温度（K ）。 若，溶质为正吸附；若，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，将此值代入上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 1。 图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（要求它的尖嘴刚刚与液面接触）。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： 式中：—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，根据上式，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 气泡最小曲率半径示意图 如果用图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, （1）—已知表面张力液体的最大附加压力； —已知液体的表面张力。 （2）—已知表面张力液体的最大附加压力； —已知液体的表面张力。 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： （3） 3）求出未知液体的表面张力。 三、实验仪器与药品 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、实验操作步骤 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。如果外套管中液体稍过量，则可用吸耳球将液体通过调节毛细管在分液漏斗内加入自来水按照 4．打开精密数字压力计电源，然后打开漏斗上活塞，将管线内压力放空按精密数字压力计的是精密数字压力关闭滴液漏斗上活塞重复读取三个将数据记录在取6．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两次，然后再加入该溶液，按照测蒸馏水的最大压差一样，测定该溶液的最大压差。依次测得0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35mol/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）。 7．记录实验温度。 五、实验数据处理 1.由附录一查出实验温度下蒸馏水的表面张力。 答：当室温T=