石工10-15班+10051212+丁耀+表面张力测定最大压差法+11

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1、中国石油化学原理(二)实验报告实验日期:2010-10-12成绩:班级:石工10-15班学号:10051212姓名:丁耀教师:王增宝同组者:张振涛,李冰青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。

2、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:(2-1)式中Γ-吸附量(mol/L);c-吸附质在溶液内部

3、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2-1。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

4、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:(2-2)图一表面张力测试装置式中ΔP-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

5、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,(2-3)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。(2-4)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

6、r消去即得:(2-5)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

7、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)。按图2-1所示装好仪器,分液漏斗中装满自来水。3.打开分液漏斗的活塞,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,气泡将通过毛细管端。从斜管压力计读出第一个气泡通过毛细管端时的

8、最高液位h1,如此重复三次,测三个平行数据,取平均值得h2。4.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,然后再加入该溶液,象测蒸馏水的最大压差一样,测定该溶液的最大压差。依次侧得0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35mom/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)。5.记录实验温度.五.结果处理1.由附录-二查

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