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实验五最大泡压法测定溶液的表面张力(晏威).doc

实验五最大泡压法测定溶液的表面张力(晏威)

笑晓赖
2018-11-01 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《实验五最大泡压法测定溶液的表面张力(晏威)doc》,可适用于领域

实验五最大泡压法测定溶液的表面张力(晏威)实验六最大泡压法测定溶液的表面张力一、实验目的(用气泡最大压力法测定乙醇的表面张力并计算溶液在某一浓度时的表面吸附量和乙醇分子的横截面积。(熟悉数字压力计的使用方法。二、实验原理表面自由能任何液体都有自动缩小表面积以降低体系能量的趋势恒温恒压下若液体的表面积增加ΔA则要对体系作的非体积功为W有W=σΔA()–为液体的比表面自由能或表面张力单位为Jm式()中σ或Nm–。σ是液体自动缩小表面积趋势大小的标志在恒温、恒压、体系组成和液体表面气氛确定的条件下它具有确定值。溶液的表面吸附和溶质分子的横截面积当向纯溶剂中加入能降低表面张力的溶质时根据能量最低原理溶剂表面层中溶质的浓度比溶液内部大反之若溶质能使溶剂表面张力升高则溶质在表面层中的浓度比溶液内部低这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象称为溶液的表面吸附。恒温恒压下溶液的表面吸附量与溶液的表面张力及溶质在溶液中的浓度之间的关系式即吉布斯(Gibbs)吸附等温式为()式中:Г代表溶质在单位面积表面层中的吸附量(molm)c代表平衡时溶液浓度(molL),,R气体常数(JmolK)T吸附时的温度(K)。从()式可看出在一定温度时溶液表面吸附与平衡时溶液,,,,浓度C和表面张力随浓度变化率成正比关系。当,时Г,,,,c,,T表示溶液表面张力随浓度增加而降低则溶液表面发生正吸附此时,,,,溶液表面层浓度大于溶液内部浓度。当,时Г,表示溶液,,,c,,T表面张力随浓度增加而增加则溶液表面发生负吸附此时溶液表面层浓度小于溶液内部浓度。为了获得表面吸附量Γ可先测定不同浓度溶液的表面张力作σc曲线图如图所示。在曲线上任选一点作切线则可得该,,,,点对应浓度的斜率由式()可求得此浓度下溶液的表面吸附量,,,c,,TΓ。再作Γc图如图所示外推可在纵轴上得到溶液表面的饱和吸附量Γ。则每个溶质分子在溶液表面所占据的截面积S为B()式()中L为阿伏加德罗常量。图表面张力对浓度图图表面吸附量对浓度图最大泡压法液体表面张力的测定方法有:最大泡压法、毛细管升高法、滴重法和圆环法等。本实验用最大泡压法测定正丁醇水溶液的表面张力其装置如图所示。由与液面相切的毛细管鼓出空气泡时需要高出外部大气压的附加压力以克服气泡的表面张力此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为()式中Δp为附加压力σ为表面张力r是气泡曲率半径。如果毛细管半径'很小则形成的气泡基本上是球形的当气泡开始形成R时表面几乎是平的这时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此时曲率半径r与毛细管半径R'相等曲率半径达到最小值由式()知此时附加压力达最大。当气泡进一步增大时r变大附加压力则变小直到气泡逸出。则由式()知当r,R'时最大附加压力为有()实际测量时使毛细管顶端刚与液面接触则可忽略鼓泡所需克服的静压力这样就可直接用式()进行计算。由于直接测量毛细管的半径很不方便所以实验时用一已知表面张力σ的液体测定毛细管常数K则待测液体的表面张力()式中σ为待测液体的表面张力ΔPmax为待测液体的最大附加压力ΔP为表面张力为σ的已知液体的最大附加压力。ΔP与ΔP均可通过实验测定。三、仪器和药品仪器:精密数字压力计表面张力组合实验装置SWQ智能数字恒温控制器水浴恒温槽一套吸管烧杯(ml)吸量管(ml)量筒(ml)玻璃棒阿贝折光仪擦镜纸药品:乙醇(AR)蒸馏水四、实验步骤(装置仪器按图装置好仪器取一定体积的蒸馏水注入测定瓶中调节毛细管的位置使毛细管的端面刚好与液面相切。(测定仪器常数慢慢打开滴液漏斗活塞(使水缓慢滴下当压力增加到一定程度即有气泡逸出。调节水的滴出速度使气泡由毛细管口成单泡逸出速度以min个气泡为宜从压力计上读出气泡刚脱离毛细管口那一瞬间的最大压力差重复族次取共平均值。(测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力取下带有毛细管的恒温瓶塞子洗净毛细管再用电吹风吹干移取一定体积的molL正丁醇水溶液注入测定瓶中如步骤操作。然后依次加入molL、molL、molL、(molL的正丁醇溶液按步骤、测出四种不同浓度正丁醇溶液Pmax并记录数据。五、数据处理及处理、将实验数据填入下表:室温:表不同浓度的正丁醇Pmax(Pa)及表面张力γ正丁醇的浓度Pmax(×Pa)平均值表面张力γ(molL)(×Pa)(Nm)表表面张力γ与正丁醇浓度C曲线图γ表面张力正丁醇浓度C表取表中的个点求出dγdc值及Г=cRT(dγdc)T正丁醇的浓度dγdcГ××××××cГ表作cГc曲线图cT正丁醇的浓度c(molL)LinearRegressionforDataB:Y=AB*XParameterValueErrorABRSDNPE由cTc可以得出其斜率的倒数为х根据Languir吸附等温式()斜率即为Г再根据()式即可求出分子的横截面积,所以分子的横截面积A=(TL)=(ххх)=х六、注意事项(测定溶液表面张力时要使毛细管端刚好与液面相接触。(注意实验仪器的清洁。注意调零。实验结果毛细管常数K=*N(mPa)饱和吸附量Γ=*横截面积S=*mB

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