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1、
寧 波 工 程 學(xué) 院
物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告
專業(yè)班級(jí) 姓名 序號(hào)
同組姓名 指導(dǎo)老師
實(shí)驗(yàn)日期
實(shí)驗(yàn)名稱 最大氣泡壓力法測(cè)定溶液的表面張力
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?
1．掌握最大氣泡壓力法測(cè)定表面張力的原理和技術(shù)。
2．通過對(duì)不同濃度乙醇溶液表面張力的測(cè)定，加深對(duì)表面張力、表面自由
2、能、表面張力和吸附量關(guān)系的理解。
二、實(shí)驗(yàn)原理
1、 表面濃度與內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象叫做溶液的表面吸附。在指定的溫度和壓力下，溶質(zhì)的吸附量與溶液的表面張力及溶液的濃度之間的關(guān)系遵循吉布斯吸附等溫式：
Γ = –（c/RT）*（dγ/dc） ①
式中，Г為溶液在表層的吸附量；γ為表面張力；c為吸附達(dá)到平衡時(shí)溶液在介質(zhì)中的濃度。
根據(jù)朗格謬爾（Langmuir）公式：
Γ =?！轐c/（1＋Kc） ②
Γ∞為飽和吸附量，即表面被吸附物鋪滿一層分子時(shí)的?！?
3、 c/Γ =（1＋Kc）/（?！轐） = c/?！蓿?/Γ∞K ③
以c/Г對(duì)c作圖，則圖中該直線斜率為1/Г∞。
由所得的Г∞代入Am=1/Г∞L可求被吸附分子的截面積（L為阿伏伽德羅常數(shù)）。
2、 本實(shí)驗(yàn)用氣泡最大壓力法測(cè)定溶液的表面張力，其儀器裝置如圖1所示：
圖1、最大氣泡壓力法測(cè)量表面張力的裝置示意圖
1、 恒溫套管；2、毛細(xì)管（r在0.15～0.2mm）；3、U型壓力計(jì)（內(nèi)裝水）；4、分液漏斗；5、吸濾瓶；6、連接橡皮管。
將待測(cè)表面張力的液體裝于表面張力儀中，使毛細(xì)管的
4、端面與液面相切，液面即沿毛細(xì)管上升，打開抽氣瓶的活塞緩緩抽氣，毛細(xì)管內(nèi)的液面上受到一個(gè)比A瓶中液面上大的壓力，當(dāng)此壓力差——附加壓力（△P=P大氣–P系統(tǒng)），附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑成反比，其關(guān)系式為：
ΔP=2γ/R ④
式中，ΔP為附加壓力；γ為表面張力；R為氣泡的曲率半徑。
根據(jù)上式，R=r時(shí)的最大附加壓力為：
ΔP最大= 2γ/r ⑤
實(shí)際測(cè)量時(shí)，使毛細(xì)管端剛與液面接觸，則可忽略氣泡鼓起所需克服的靜壓力，這樣就可以直接用上式進(jìn)行計(jì)算。
當(dāng)將其它參數(shù)合并為常數(shù)K時(shí)，則上式變?yōu)?/p>
5、：
γ=KΔP最大 ⑥
式中儀器常數(shù)K可用已知表面張力的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)得。
三、儀器藥品
1、儀器：最大泡壓法表面張力儀1套，洗耳球1個(gè)，移液管(50ml和10ml)各一支，燒杯（500mL）。
2、藥品：正丁醇（分析純），蒸餾水。
四、實(shí)驗(yàn)步驟
1、儀器的準(zhǔn)備與檢漏
將表面張力儀容器和毛細(xì)管先用洗液洗凈，再順次用自來水和蒸餾水漂洗，烘干后按圖5-9接好，檢查是否漏氣。
2、儀器常數(shù)的測(cè)定
調(diào)節(jié)液面與毛細(xì)管相切，并調(diào)節(jié)分液漏斗，使氣泡由毛細(xì)管尖端成單泡逸出，且速度控制在每分鐘形成氣泡5~10個(gè)（
6、數(shù)顯微壓差測(cè)量?jī)x為5~10s），當(dāng)氣泡剛脫離管端的一瞬間，壓力計(jì)中液位差達(dá)到最大值，當(dāng)顯示的最大值比較穩(wěn)定時(shí)，記下數(shù)據(jù)，重復(fù)調(diào)節(jié)2次并記下相應(yīng)的數(shù)值。再由手冊(cè)查出實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)水的表面張力，求得儀器常數(shù)K。
3、表面張力隨溶液濃度變化的測(cè)定
在上述體系中，按濃度從高到低的順序依次測(cè)定預(yù)先配好的正丁醇溶液的△P最大值，每次置換溶液前都先用溶液潤洗2次，再按2方法測(cè)定。
五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理
1、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄
恒溫槽溫度
室溫
大氣壓
γ水
30℃
26.3℃
100.26KPa
71.1810-3N.m-1
濃度/moldm-3
水(0.00)
0.02
7、0.04
0.06
0.08
0.10
0.12
0.16
0.20
0.24
Δp最大/pa
663.33
629.67
581.67
547.67
528.33
500
485.33
450.67
427.67
407.67
Δp最大，1/pa
662
632
582
547
526
499
486
451
429
409
Δp最大，2/pa
665
628
581
548
530
500
485
450
428
407
Δp最大，3/pa
663
629
582
548
529
501
485
8、
451
426
407
γ/mN/m
71.18
67.57
62.42
58.77
56.69
53.65
52.08
48.36
45.89
43.75
Г10-6molm-2
0
1.54
2.81
3.82
4.57
5.05
5.27
4.92
3.52
1.06
c/Г107 m-1
0
1.30
1.42
1.57
1.75
1.98
2.28
3.25
5.68
22.64
2、計(jì)算儀器常數(shù)K值
∵γ = KΔp
∴K=γ水/ΔP最大=0.07118/663.33=1.07310-4m
根
9、據(jù)K值得到一組γ值，γ= KΔp
以γ(N/m)--c (mol.m-3)作圖如下:
由上圖得，γ-c的關(guān)系式為γ=4.1520410-7c2-2.1030710-4c+0.07086
由此得 dγ/dc=8.3004810-7c-2.1030710-4，其中c的單位為mol.m-3
根據(jù)Γ = –（c/RT）*（dγ/dc） 便可求出不同濃度下的Γ 和c/Γ ，結(jié)果見上表
3、繪制Γ-c等溫線
通過公式Γ = –（c/RT）*（dγ/dc）就得一組Γ。
以Γ10-6mol.m-2-- c /（ mol.m-3）作圖如下：
Γ-c等溫線
10、
4、計(jì)算Am
c/Γ-c等溫線
從圖中得出：斜率1/?！?6.493*105
即?！?1.540*10-6 molm-2
所以，Am=1/?！轑=1/（1.540*10-6*6.02*1023）
=10.787*10-19 m2
六、注意事項(xiàng)
1.儀器系統(tǒng)不能漏氣。
2.所用毛細(xì)管必須干凈、干燥，應(yīng)保持垂直，其管口剛好與液面相切。
3.讀取壓力計(jì)的壓差時(shí)，應(yīng)取單個(gè)逸出時(shí)的最大壓力差。
七、結(jié)果與討論
實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論值較接近，誤差也在允許范圍內(nèi)。存在誤差的原因有：
1． 實(shí)驗(yàn)過程中有時(shí)出現(xiàn)的氣泡為一連串，導(dǎo)致測(cè)得的值有偏差。
2． 所用的毛細(xì)管需要潤洗，在潤
11、洗過程中也有可能由于潤洗不徹底導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差。
八、思考題
1.毛細(xì)管尖端為何必須調(diào)節(jié)得恰與液面相切？否則對(duì)實(shí)驗(yàn)有何影響？
答：如果將毛細(xì)管末端插入到溶液內(nèi)部，毛細(xì)管內(nèi)會(huì)有一段水柱，產(chǎn)生壓力Pˊ，則測(cè)定管中的壓力Pr會(huì)變小，△pmax會(huì)變大，測(cè)量結(jié)果偏大。
2.最大氣泡法測(cè)定表面張力時(shí)為什么要讀取最大壓力差？如果氣泡逸出的很快，活幾個(gè)氣泡一齊出，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有無影響？
答：如果毛細(xì)管半徑很小，則形成的氣泡基本上是球形的。當(dāng)氣泡開始形成時(shí)，表面幾乎是平的，這時(shí)
曲率半徑最大；隨著氣泡的形成，曲率半徑逐漸變小，直到形成半球形，這時(shí)曲率半徑R和毛細(xì)管半徑r相等，曲率半徑達(dá)最小值，根據(jù)拉普拉斯(Laplace)公式，此時(shí)能承受的壓力差為最大：△pmax = p0 - pr = 2σ/γ。氣泡進(jìn)一步長大，R變大，附加壓力則變小，直到氣泡逸出。最大壓力差可通過數(shù)字式微壓差測(cè)量?jī)x得到。如氣泡逸出速度速度太快，氣泡的形成與逸出速度快而不穩(wěn)定；致使壓力計(jì)的讀數(shù)不穩(wěn)定，不易觀察出其最高點(diǎn)而起到較大的誤差。
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