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表面张力的测定,大庆石油学院化学化工学院化学实验中心,,2007年3月,实验目的,1.测定正丁醇水溶液的表面张力，并根据Gibbs吸附等温式计算表面吸附量。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.掌握用最大气泡法测定表面张力的原理和技术。,,实验原理,纯物质表面层的组成与内部相同，因此在定温定压下纯液体的表面张力是定值。当向其中加入溶质时，根据能量最低原则，溶质能降低溶剂表面张力时，表面层溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂表面张力升高时，表面层溶质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叫做溶液的表面吸附。,实验原理,,式中Γ表面吸附量（单位molm-2）；T热力学温度（单位K）；c稀溶液浓度（单位molm-2）；R气体摩尔常数，8.314Nmmol-1K-1。,1,在指定温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度有关，其关系可用Gibbs等温吸附方程表示,实验原理,,Γ＞0，正吸附；,Γ＜0，正吸附；,本实验研究正吸附情况。为了求得表面吸附量，需先作出σ＝fc的等温曲线。,取曲线上不同的点，就可得出不同值，从而可作出吸附等温线。,实验原理,,,,,本实验用鼓泡法测定溶液的表面张力，其原理如下从浸入液面下的毛细管端鼓出空气泡时，需要高于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，其关系为,（2）,为附加压力；,为表面张力；,为气泡的曲率半径；,实验原理,,,,如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本是球形的。当气泡开始形成时，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，这时曲率半径R与毛细管半径相等，曲率半径达到最小值，根据（2）式这时的附加压力达到最大值。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。,按照（2）式，R＝r时的最大附加压力为,或,（3）,实验原理,,实际测量时，使毛细管端刚刚与液面相接触，则可忽略鼓泡所需克服的静压力，这样就可直接用（3）式进行计算。,当用密度为,的液体作压力计介质时，测得与,最大压差为,相应的,则,将,合并成一个常数,，则上式变为,（4）,（4）式中的仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。,仪器试剂,,实验步骤,,实验前将毛细管和容量瓶用铬酸洗液洗净。然后用水作标准物质，测定仪器常数K值。为此在小烧杯中装入蒸馏水，使毛细管端刚刚与液面相接触，按图接好全部仪器，并将小烧杯放入恒温水浴中，达到指定温度后，缓慢打开放水旋塞，使气泡从毛细管端尽可能缓慢地鼓出，同时注意读取压力计的最大压差值。读取数次，取平均值。,1.仪器常数的测定,实验步骤,配制0.50molL-1的正丁醇溶液50mL。为此先按正丁醇的摩尔质量和室温下的密度计算需用正丁醇的体积。在250ml容量瓶中装入三分之二的蒸馏水，然后用10ml移液管或2ml刻度移液管吸取所需正丁醇体积放入容量瓶中，加水至刻度并混合均匀。装入50ml碱式滴定管，再用这一浓溶液配制下列浓度的稀溶液各50mL0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.16、0.2、0.24molL-1。,2.溶液的配制,实验步骤,3.测定溶液的表面张力,将已配好的正丁醇溶液，从稀到浓依次测定其表面张力。每次更换溶液时不必烘干试管及毛细管，只需用少量待测溶液淌洗三次即可。实验完成后用蒸馏水洗净仪器，小烧杯中装入蒸馏水，并将毛细管浸入水中保存。,实验步骤,4.试验数据记录表,实验演示,数据处理,1.以纯水测量结果按式（4）计算K值。纯水的表面张力见附录。2.计算各溶液的表面张力值。3.作表面张力－浓度图，曲线要求光滑。用镜象法在曲线的整个范围内取10个点左右作切线，示得相应的Z值。4.计算出值后，作出吸附等温线，即Γ-c图。,,思考题,1.在测量过程中，如果抽气速度过快，对测量结果有何影响2.如果毛细管的末端插入到溶液内部进行测量行吗为什么3.本实验中为什么要读取最大压力差4.表面张力仪的清洁与否和温度的不恒定对测量数据在何影响,,
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