石工1211班+12093523+赵润达最大压差法测表面张力+27.doc

中国石油大学（化学原理（二））实验报告 实验日期： 2013.10.31 成绩： 班级 石工12-11 学号：姓名： 赵润达 教师： 同组者： 王景乐 魏金华 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： 式中 Γ －吸附量（mol/L）； c－吸附质在溶液内部的浓度(mol/L)； σ －表面张力（N/m）； R－通用气体常数（N.m/K.mol）； T－绝对温度（K）。 若 dσ /dc＜0,溶质为正吸附；若 dσ /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σ －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 dσ /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，测定装置如图所示。 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（要求它的尖嘴刚刚与液面接触）。从浸入液面的毛细管端鼓出空气炮时，需要高出外部大气压的 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： 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； σ－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, 式中： Δp1 －已知表面张力液体的最大附加压力； σ1－ 已知液体的表面张力。 式中： Δp2 －未知表面张力液体的最大附加压力； σ2－ 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： 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）； 3.关闭漏斗下活塞，分液漏斗中装满自来水。按图 2－1 所示装好仪器； 4.打开精密数字压力计电源，然后打开分液漏斗的活塞，将管线内压力放空。按精密数字压力器的采零按钮，使精密数字压力器的示数置零。 5.关闭滴液漏斗上活塞，缓缓打开滴液漏斗下活塞，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