表面张力测定最大压差法

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1、中国石油大学化学实验报告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

2、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，

3、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。图2-1表面张力测定装置压力计漏斗外套瓶毛细管测定时，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

4、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

5、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

6、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

7、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－查出实验温度下蒸馏水的表面张力。由公式计算出不同浓度正丁醇溶液的表面张力，用表格的形式列出计算结果，并取一组数据附－计算实例。3.以表面张力为纵坐标，以浓度