7/22/2024表面张力的测定w大庆石油学院w化学化工学院w化学实验中心 2007年年3月月实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题实验目的实验目的1.1.测测定定正正丁丁醇醇水水溶溶液液的的表表面面张张力力，并并根根据据GibbsGibbs吸吸附附等等温温式式计计算算表表面面吸吸附附量。量。2.2.了解表面张力的性质，表面自由能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。的意义以及表面张力和吸附的关系。3.3.掌握用最大气泡法测定表面张力的掌握用最大气泡法测定表面张力的原理和技术。原理和技术。实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题实验原理实验原理纯纯物物质质表表面面层层的的组组成成与与内内部部相相同同，因因此此在在定定温温定压下纯液体的表面张力是定值。定压下纯液体的表面张力是定值。当当向向其其中中加加入入溶溶质质时时，根根据据能能量量最最低低原原则则，溶溶质质能能降降低低溶溶剂剂表表面面张张力力时时，表表面面层层溶溶质质的的浓浓度度比比溶溶液液内内部部大大；反反之之，溶溶质质使使溶溶剂剂表表面面张张力力升升高高时时，表表面层溶质的浓度比溶液内部低。面层溶质的浓度比溶液内部低。 这这种种表表面面浓浓度度与与溶溶液液内内部部浓浓度度不不同的现象叫做溶液的表面吸附。同的现象叫做溶液的表面吸附。实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题实验原理实验原理式中：式中：表面吸附量（单位：表面吸附量（单位：molm-2）；）； T：热力学温度（单位：热力学温度（单位：K）；）； c：稀溶液浓度（单位：稀溶液浓度（单位：molm-2）；）； R：气体摩尔常数，：气体摩尔常数，8.314Nmmol-1K-1。 (1)(1)在在指指定定温温度度和和压压力力下下，溶溶质质的的吸吸附附量量与与溶溶液液的的表表面面张张力力及及溶溶液液的的浓浓度度有有关关，其其关关系系可可用用GibbsGibbs等等温吸附方程表示：温吸附方程表示： 实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题实验原理实验原理0 0，正吸附；，正吸附； 0 0，正吸附；，正吸附；本实验研究正吸附情况。本实验研究正吸附情况。为了求得表面吸附量，需先为了求得表面吸附量，需先作出作出f(c)的等温曲线。的等温曲线。 取曲线上不同的点，就可得出不同值，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。从而可作出吸附等温线。 实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题实验原理实验原理 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，其关系为成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系为 ： （2 2）为附加压力；为附加压力；为表面张力；为表面张力；为气泡的曲率半径；为气泡的曲率半径；实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题实验原理实验原理 如如果果毛毛细细管管半半径径很很小小，则则形形成成的的气气泡泡基基本本是是球球形形的的。当当气气泡泡开开始始形形成成时时，表表面面几几乎乎是是平平的的，这这时时曲曲率率半半径径最最大大；随随着着气气泡泡的的形形成成，曲曲率率半半径径逐逐渐渐变变小小，直直到到形形成成半半球球形形，这这时时曲曲率率半半径径R R与与毛毛细细管管半半径径相相等等，曲曲率率半半径径达达到到最最小小值值，根根据据（2 2）式式这这时时的的附附加加压压力力达达到到最最大大值值。气气泡泡进进一一步步长长大大，R R变变大大，附附加加压压力则变小，直到气泡逸出。力则变小，直到气泡逸出。 按照（按照（2 2）式，）式，R Rr r时的最大附加压力为：时的最大附加压力为： 或或（3 3）实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题实验原理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（泡所需克服的静压力，这样就可直接用（3 3）式进行计算。）式进行计算。 当用密度为当用密度为 的液体作压力计介质时，测得与的液体作压力计介质时，测得与 最大压差为最大压差为 相应的相应的则则将将合并成一个常数合并成一个常数，则上式变为，则上式变为（4）（4）式中的仪器常数）式中的仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。可用已知表面张力的标准物质测得。实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题仪器试剂仪器试剂实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题实验步骤实验步骤实实验验前前将将毛毛细细管管和和容容量量瓶瓶用用铬铬酸酸洗洗液液洗洗净净。然后用水作标准物质，测定仪器常数然后用水作标准物质，测定仪器常数K值。值。 为为此此在在小小烧烧杯杯中中装装入入蒸蒸馏馏水水，使使毛毛细细管管端端刚刚刚刚与与液液面面相相接接触触，按按图图接接好好全全部部仪仪器器，并并将将小小烧烧杯杯放放入入恒恒温温水水浴浴中中，达达到到指指定定温温度度后后，缓缓慢慢打打开开放放水水旋旋塞塞，使使气气泡泡从从毛毛细细管管端端尽尽可可能能缓缓慢慢地地鼓鼓出出，同时注意读取压力计的最大压差值。同时注意读取压力计的最大压差值。 读取数次，取平均值。读取数次，取平均值。1.1.仪器常数的测定仪器常数的测定实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题实验步骤实验步骤配配制制0.50molL-1的的正正丁丁醇醇溶溶液液50mL。为为此此先先按按正正丁丁醇醇的的摩摩尔尔质质量量和和室室温温下下的的密密度度计计算算需需用用正正丁丁醇醇的体积。的体积。在在250ml容容量量瓶瓶中中装装入入三三分分之之二二的的蒸蒸馏馏水水，然然后后用用10ml移移液液管管或或2ml刻刻度度移移液液管管吸吸取取所所需需正正丁丁醇醇体体积积放放入入容容量量瓶瓶中中，加加水水至至刻刻度度并并混混合合均均匀匀。装装入入50ml碱碱式式滴滴定定管管，再再用用这这一一浓浓溶溶液液配配制制下下列列浓浓度度的的稀稀溶溶液液各各50mL：0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.16、0.2、0.24molL-1。 2. 溶液的配制溶液的配制 实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题实验步骤实验步骤3. 测定溶液的表面张力测定溶液的表面张力将将已已配配好好的的正正丁丁醇醇溶溶液液，从从稀稀到到浓浓依依次次测测定定其其表表面面张张力力。每每次次更更换换溶溶液液时时不不必必烘烘干干试试管管及及毛毛细细管管，只只需需用用少少量量待待测测溶溶液液淌淌洗洗三三次次即即可可。实实验验完完成成后后用用蒸蒸馏馏水水洗洗净净仪仪器器，小小烧烧杯杯中中装装入入蒸蒸馏馏水水，并将毛细管浸入水中保存并将毛细管浸入水中保存 。实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题实验步骤实验步骤4. 试验数据记录表试验数据记录表浓度浓度(molL-1)0.000.020.040.060.08 高度差高度差(mm) 浓度浓度(molL-1)0.100.120.16 0.20.24 高度差高度差(mm)实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题实验演示实验演示实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题数据处理数据处理 1.以纯水测量结果按式（以纯水测量结果按式（4）计算）计算K值。纯水的表值。纯水的表面张力见附录。面张力见附录。2.计算各溶液的表面张力值。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法在曲线的整个范围内取10个点左右作切线，个点左右作切线，示得相应的示得相应的Z值。值。4.计算出值后，作出吸附等温线，即计算出值后，作出吸附等温线，即-c图。图。实验目的实验原理仪器试剂实验步骤演 示注意事项思考题思考题思考题1. 在在测测量量过过程程中中，如如果果抽抽气气速速度度过过快快，对测量结果有何影响？对测量结果有何影响？2. 如如果果毛毛细细管管的的末末端端插插入入到到溶溶液液内内部部进进行测量行吗？为什么？行测量行吗？为什么？3. 本实验中为什么要读取最大压力差？本实验中为什么要读取最大压力差？4. 表表面面张张力力仪仪的的清清洁洁与与否否和和温温度度的的不不恒恒定对测量数据在何影响？定对测量数据在何影响？