实验二十一__溶液表面张力的测定——最大气泡压力法.doc

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化工学院
13级化工四班
李雅文
学号：1320103154

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
用本法测定[乙醇，水]溶液的数据对[,c]，作图将c--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，r<0，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。