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物 理 化 学 实 验 报 告 最大泡压法测定溶液的表面张力 学院：化学化工学院 班级:应用化学 姓名：袁玲博 学号：20115052028 一、实验目的： （1）了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系； （2）通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇分子的横截面积，掌握气泡最大压力法测定表面张力的原理和技术。 技能要求：掌握自动界面张力仪的使用方法，实验数据的作图处理方法. 二、实验原理： （1）表面张力的物理意义：在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系 -2的吉布斯自由能的增值称为表面吉布斯自由能（J·m），用γ表示。也可以 -1看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（N·m）； （2）影响表面张力的因素：液体的表面张力与温度有关，温度越高，表面张力越小。液体的表面张力与液体的浓度有关，在溶剂中加入溶质，表面张力就会 发生变化； （3）表面张力与吸附量的关系：表面张力的产生是由于表面分子受力不均衡引起的，当加入一种物质后，对某些溶液（包括内部和表面）及固体的表面结构会带来强烈的影响，则必然引起表面张力的改变。如果溶质加入能降低表面吉布斯自由能时，边面层溶质浓度比内部大；反之增加表面吉布斯自由能时，则溶液在表面的浓度比内部小。由此可见，在指定温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力有关，即吉布斯等温吸附方程： Γ= -（d/dc）T（c/RT） 其中Γ为溶质的表面超额，c 为溶质的浓度，为溶液的表面张力： 1） 若d/dc＜0，Γ＞0，为正吸附，表面层溶质浓度大于本体溶液，溶质是表面活性剂。 2） 若d/dc＞0，Γ＜0，为负吸附，表面层溶质浓度小于本体溶液，溶质是非表面活性剂。 溶液的饱和吸附量： c/Γ= c/Γ∞＋1/KΓ∞ 23 分子的截面积： B = 1/（Γ∞L） L=6.02×10三、实验步骤 1.配置溶液: 用称重法粗略配制5%,10%,15%,20%,25%,30%,35%,40%的乙醇水溶液各50ml待用。 2．测定毛细管常数： 将玻璃溶液认真洗涤干净，在测试管中注入蒸馏水，使管内液面刚好与毛细管口相接触，至于恒温水浴内恒温10min。毛细管需垂直并注意液面位置，然后按图接好测量系统。慢慢打开抽气瓶活塞，注意气泡形成的速率应保持稳定，通常控制在每分钟8-12个气泡为宜，即数字微压微压差测量仪的读数（瞬间最大压差）约在700-800pa之间。读书3次，取平均值 3．测量乙醇溶液的表面张力 按实验步骤三分别测量不同浓度的乙醇溶液。从稀到浓依次进行。每次测量前必须用少量被测溶液洗涤试管，尤其是毛细管部分，确保毛细管内外溶液的浓度一致。 4.分别测定乙醇溶液的折光率 物 理 化 学 实 验 报 告 1 物 理 化 学 实 验 报 告 四、实验数据及处理： 以纯水(25℃)的测量结果计算仪器毛细管常数K′，纯水的表面张力查书附录。 查表得：温度： 13℃ 水的表面张力：0.07378N/m 仪器常数K′： 0.053066 实验数据记录： 浓度 0 1 2 2.4 3.4 4.2 5.6 6 7 △p1 1.383 0.971 0.937 0.921 0.74 0.718 0.913 0.365 0.094 △p2 1.391 0.975 0.904 0.92 0.735 0.72 0.925 0.374 0.097 △p3 1.397 0.977 0.94 0.94 0.737 0.722 0.919 0.367 0.095 △P平均 1.390333 0.974333 0.927 0.927 0.737333 0.72 0.919 0.368667 0.095333 0.07378 0.051704 0.049193 0.049193 0.039128 0.038208 0.048768 0.019564 0.005059 根据上表绘制曲线： 浓度-表面张力图0.06表张力面0.030.00036c-浓度 2、拟合曲线y=ax2 +bx+c，由直线斜率求其饱和吸附量，并计算乙醇分子的横截面积B，附图： Value Intercept 0.06521 表面张力 B1 -0.00556 B2 -2.34192E-4 拟合二次函数得到：y=-2.34192×10-4x2-0.00556x+0.06521 求导：y’=-4.68384×10-4x-0.00556 物 理 化 学 实 验 报 告 Standard Error 0.00951 0.00629 8.53496E-4 2 物 理 化 学 实 验 报 告 实验数据分析： c/ mol·L-1 /N·m-1 (d/dc) c//mol·m-2 c/ mol·L-1 /N·m-1 (d/dc) c//mol·m-2 1 0.051704 -0.00603 3.946*105 4.2 0.038208 -0.00753 3.161*105 2 0.049193 -0.0065 3.662*105 5.6 0.048768 -0.00818 2.907*105 2.4 0.049193 -0.00668 3.560*105 6 0.019564 -0.00837 2.842*105 3.4 0.039128 -0.00715 3.326*105 7 0.005059 -0.00884 2.692*105 根据上表绘制c/--c曲线： 400000DDValueStandard Intercept444379.176909.232B1-21332.411375.8061380000360000D340000320000300000280000234567c-浓度 计算：＝ 1/21332.41=4.69*10-5 B＝1 / L＝ 3.54*10-20 五、讨论思考： 1.与文献值（见书中附录）对照，检验你的测定结果，并分析原因。 答：绘制出的曲线不是很符合特征（标准）曲线，可能是实验数据误差较大引起的，归结起来可能由以下原因引起： （1）出泡速率不能太快。因为出泡速率快将使表面活性物质来不及在气泡表面达到吸附平衡，也将使气体分子间摩擦力和流体与管壁间的摩擦力增大，这将造成压力差增大，使表面张力测定值偏高。所以要求从毛细管中溢出的气泡必须单泡溢出，有利于表面活性物质在表面达到吸附平衡，并可减少气体分子及气体与管壁之间的摩擦力，才能获得平衡的表面张力； （2）毛细管插入溶液中的深度直接影响测量结果的准确性。假如毛细管尖端插入液下，会造成压力不只是液体表面的张力，还有插入部分液体的静压力。为物 理 化 学 实 验 报 告 3 物 理 化 学 实 验 报 告 了减少静压力的影响，应尽可能减少毛细管的插入和深度，使插入深度△h接近0。毛细管内的空气压力与管口处的液体表面张力平衡，插入一定深度后，需增加空气压力才能抵消这一深度的液柱压力，使实验测得的表面张力值偏高。而该实验装置中，随着滴液漏斗中水的不断流出，滴液的速度会减慢，装置的此处有待改进。另外，毛细管的竖直以及毛细管进入液面的深度，对于测定结果都有一定的影响。 2.表面张力测定仪的清洁与否和温度之不恒定对测量结果有何影响？ 答：如果玻璃器皿的不清洁和温度不恒定，则气泡不能连续平稳地通过，从而使压差 计读数不稳定。由于溶液折光率、浓度等随着温度变化而变化，若温度不稳定， 则难以测得溶液的准确浓度。 物 理 化 学 实 验 报 告 4 本文来源：https://www.dywdw.cn/0d92ccf06c1aff00bed5b9f3f90f76c661374cfa.html
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2022-08-07
