實驗七-最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力
《實驗七-最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力》由會員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《實驗七-最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力(6頁珍藏版)》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
寧波工程學院 物理化學實驗報告 實驗名稱 最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力 一、實驗目的 1.掌握最大氣泡壓力法測定表面張力的原理和技術(shù)。 2.通過對不同濃度乙醇溶液表面張力的測定,加深對表面張力、表面自由能、表面張力和吸附量關(guān)系的理解。 二、實驗原理 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為吸附達到平衡時溶液在介質(zhì)中的濃度。 根據(jù)朗格謬爾(Langmuir)公式: Γ =Γ∞Kc/(1+Kc) ② ?!逓轱柡臀搅?,即表面被吸附物鋪滿一層分子時的?!? c/Γ =(1+Kc)/(?!轐) = c/Γ∞+1/?!轐 ③ 以c/Г對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、 本實驗用氣泡最大壓力法測定溶液的表面張力,其儀器裝置如圖1所示: 圖1、最大氣泡壓力法測量表面張力的裝置示意圖 1、 恒溫套管;2、毛細管(r在0.15~0.2mm);3、U型壓力計(內(nèi)裝水);4、分液漏斗;5、吸濾瓶;6、連接橡皮管。 將待測表面張力的液體裝于表面張力儀中,使毛細管的端面與液面相切,液面即沿毛細管上升,打開抽氣瓶的活塞緩緩抽氣,毛細管內(nèi)的液面上受到一個比A瓶中液面上大的壓力,當此壓力差——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時的最大附加壓力為: ΔP最大= 2γ/r ⑤ 實際測量時,使毛細管端剛與液面接觸,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行計算。 當將其它參數(shù)合并為常數(shù)K時,則上式變?yōu)椋? γ=KΔP最大 ⑥ 式中儀器常數(shù)K可用已知表面張力的標準物質(zhì)測得。 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,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、實驗步驟 1、儀器的準備與檢漏 將表面張力儀容器和毛細管先用洗液洗凈,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)的測定 調(diào)節(jié)液面與毛細管相切,并調(diào)節(jié)分液漏斗,使氣泡由毛細管尖端成單泡逸出,且速度控制在每分鐘形成氣泡5~10個(數(shù)顯微壓差測量儀為5~10s),當氣泡剛脫離管端的一瞬間,壓力計中液位差達到最大值,當顯示的最大值比較穩(wěn)定時,記下數(shù)據(jù),重復調(diào)節(jié)2次并記下相應的數(shù)值。再由手冊查出實驗溫度時水的表面張力,求得儀器常數(shù)K。 3、表面張力隨溶液濃度變化的測定 在上述體系中,按濃度從高到低的順序依次測定預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方法測定。 五、實驗數(shù)據(jù)記錄及處理 1、實驗數(shù)據(jù)的記錄 恒溫槽溫度 室溫 大氣壓 γ水 25℃ 26.5℃ 99.66KPa 71.1810-3N.m-1 c mol.dm-3 ΔP最大 ΔP最大,1 ΔP最大,2 ΔP最大,3 γ N/m Γmol*m-2 c/Γ107 m-1 水 628.3 631 627 627 0.07118 — — 0.02 610.0 610 610 610 0.06911 1.612*10-6 1.241 0.04 561.7 561 561 563 0.06364 2.953*10-6 1.355 0.06 538.3 540 538 737 0.06099 4.022*10-6 1.492 0.08 510 510 510 510 0.05778 4.820*10-6 1.660 0.10 490.7 490 490 492 0.05560 5.347*10-6 1.870 0.12 452.3 454 451 452 0.05125 5.603*10-6 2.142 0.16 442.7 443 443 442 0.05016 5.301*10-6 3.018 0.20 402 401 402 403 0.04555 3.914*10-6 5.110 0.24 393.7 395 392 394 0.04461 1.442*10-6 16.643 2、計算儀器常數(shù)K值 ∵γ = KΔp ∴K=γ水/ΔP最大=0.07118/628.3=1.13310-4m 根據(jù)K值得到一組γ值,γ= KΔp 以γ(N/m)--c (mol.m-3)作圖如下: 根據(jù)上圖,可以得到γ-c的關(guān)系式為γ=4.2020210-7c2-2.1659310-4c+0.07251 由此得到dγ/dc=8.4040410-7c-2.1659310-4,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 4、計算Am c/Γ-c等溫線 從圖中得出:斜率1/?!?5.298*105 即?!?1.888*10-6 molm-2 所以,Am=1/?!轑 =1/(1.888*10-6*6.02*1023) =8.798*10-19 m2 六、注意事項 1.儀器系統(tǒng)不能漏氣。 2.所用毛細管必須干凈、干燥,應保持垂直,其管口剛好與液面相切。 3.讀取壓力計的壓差時,應取單個逸出時的最大壓力差。 七、結(jié)果與討論 1、這次的實驗操作的步驟很簡單,就是實驗量比較大,數(shù)據(jù)比較容易產(chǎn)生誤差。從得到的c/Γ-c等溫線來看,得到的數(shù)據(jù)不是很理想,擬合出的直線不夠精確??赡艿脑蛴校孩僖好鏇]有跟毛細管底部完全相切;②沒有等到氣泡穩(wěn)定了再讀數(shù)。 2、本實驗是通過測最大氣泡來測定溶液的表面張力,計算過程中巧妙地用求導的方法間接地來求出τ-c的切線。所用的毛細管必須干凈,干燥,應保持垂直,其管口剛好與液面相切;讀取壓力計的壓差時,應取氣泡單個溢出時的最大壓力差。 3、使用的張力管及毛細管的洗滌要徹底。如果毛細管洗滌不干凈,不僅影響表面張力值,而且會使氣泡不能有規(guī)律地單個連續(xù)逸出。毛細管插入溶液中的深度直接影響測量結(jié)果的準確性,這是因為溶液的靜壓力會增加對氣泡壁的壓強,為了減少靜壓力的影響,應盡可能減少毛細管的插入和深度,使插入深度與液面剛好相切。 八、思考題 1.毛細管尖端為何必須調(diào)節(jié)得恰與液面相切?否則對實驗有何影響? 答:如果將毛細管末端插入到溶液內(nèi)部,毛細管內(nèi)會有一段水柱,產(chǎn)生壓力Pˊ,則測定管中的壓力Pr會變小,△pmax會變大,測量結(jié)果偏大。 2.最大氣泡法測定表面張力時為什么要讀取最大壓力差?如果氣泡逸出的很快,活幾個氣泡一齊出,對實驗結(jié)果有無影響? 答:如果毛細管半徑很小,則形成的氣泡基本上是球形的。當氣泡開始形成時,表面幾乎是平的,這時曲率半徑最大;隨著氣泡的形成,曲率半徑逐漸變小,直到形成半球形,這時曲率半徑R和毛細管半徑r相等,曲率半徑達最小值,根據(jù)拉普拉斯(Laplace)公式,此時能承受的壓力差為最大:△pmax = p0 - pr = 2σ/γ。氣泡進一步長大,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)字式微壓差測量儀得到。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;致使壓力計的讀數(shù)不穩(wěn)定,不易觀察出其最高點而起到較大的誤差。- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
- 2.下載的文檔,不會出現(xiàn)我們的網(wǎng)址水印。
- 3、該文檔所得收入(下載+內(nèi)容+預覽)歸上傳者、原創(chuàng)作者;如果您是本文檔原作者,請點此認領(lǐng)!既往收益都歸您。
下載文檔到電腦,查找使用更方便
15 積分
下載 |
- 配套講稿:
如PPT文件的首頁顯示word圖標,表示該PPT已包含配套word講稿。雙擊word圖標可打開word文檔。
- 特殊限制:
部分文檔作品中含有的國旗、國徽等圖片,僅作為作品整體效果示例展示,禁止商用。設(shè)計者僅對作品中獨創(chuàng)性部分享有著作權(quán)。
- 關(guān) 鍵 詞:
- 實驗 最大 氣泡 壓力 測定 溶液 表面張力
鏈接地址:http://www.hcyjhs8.com/p-10201515.html