【2017年整理】实验四液体表面张力的测定.doc

实验四 液体表面张力的测定 一、实验目的 1．了解表面张力的性质，表明自由能的意义以及表面张力和吸附的关系； 2．掌握用最大泡压法测定表面张力的原理和技术； 3．测定不同浓度乙醇的表面张力。 在定温定压条件下，纯溶剂的表面张力为定值。当其中加入可以降低溶剂表面张力的溶质后，根据能量最低原理，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提高时，则溶质在表面层中的浓度低于溶液内部，上述溶液内部与表面层溶质浓度不同的现象叫表面吸附。液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。 液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。液体的表面张力也与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。 当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化。把溶质在表面层中与本体溶液中浓度不同的现象称为溶液的表面吸附。使表面张力降低的物质称为表面活性物质。用吉布斯公式表示： 其中G为吸附量（mol.m2）,为表面张力（N/m）,C为溶液的浓度（mol/m3），T为绝对温度（K），R为气体常数（8.314N.m.mol-1.K-1）。 根据上述关系，确定吸附量首先得测定表面张力和浓度之间的关系。本实验旨在用最大泡压法测定表面张力。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来克服气泡的表面张力，该附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径R成反比，其关系式为： 。 如果毛细管很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大，气泡半径最大；但随着气泡的形成，曲率半径逐渐减小，直到形成半球形，这时的曲率半径R与毛细管的半径r相等，曲率半径达到最小值，这时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。当R气泡半径等于毛细管半径r时的最大附加压力为： 实际测量时，使毛细管端部刚好与液面接触，这样可以忽略鼓泡所需克服的静压力，这样可以直接计算表面张力。当液体的密度为r，测得与最大附加压力相应的最大压差时，表面张力可以表示为： 将常数项合并为系统常数K，则表面张力的计算公式为： 其中的系统常数可以用已知表面张力的标准物质测得。 实验设备 液体表面张力测定装置如图4-1所示，毛细管竖直放置，毛细管口与液面相切。 测量顺序由稀到浓，每次测量前用样品冲洗样品管和毛细管数次。 图4-1 液体表面张力测定装置简图 三、实验步骤 1、仪器准备和检漏 将表面张力仪容器和毛细管洗净，安装好实验装置。将水注入减压瓶中，在管中用移液管注入50mL蒸馏水。调节液面，使之恰好与毛细管口尖端相切。然后夹紧处橡皮管，再开启活塞，这时减压瓶中水面下降，使体系内压力降低（实际上等于对体系抽气）。当微压差测量仪指示出几百的压力差时，关闭活塞。若2-3min内压力示数不变，则说明体系不漏气，可以进行实验。 2、精密数字压力计使用方法 ① 采零。每次测试前使数字压力计与大气相通，按下“采零”键，使仪器自动扣除传感器零压力值（零点漂移），此时显示器显示为“0000”，以保证所测压力值的准确度。 ② 气密性检查。打开滴水瓶减压，在微压差计上显示一定压差值，关闭开关，停1min左右，若微压差计显示的压力值不变，表明仪器不漏气。 ③ 测试。仪器采零后接通待测量系统，打开滴水瓶减压，控制毛细管下方气泡逐个逸出，可以观察到，微压差计上显示压差值逐渐增大，在压差值达最大时，仪器显示值有几秒钟的短暂停留，可读取微压差计压力最大值。 3．待测样品表面张力的测定： ① 打开活塞，对体系减压，调节水流速度，使气泡由毛细管尖端成单泡溢出，且每个气泡形成的时间不能少于10～20s，否则吸附平衡就来不及在气泡表面建立起来，因而测的表面张力也不能反映该浓度下真正的表面张力值。 ② 观察压力计，记录微压差测量仪最大的高度差 ，连续读取三次数据，求取平均值。 ③ 用同样方法测定（0%，6%,10%,15%,20%,25%, 30%, 35%, 50%）中的八个乙醇溶液注意由稀至浓依次测定，每次更换溶液时，应用待测液洗涤毛细管内壁及试管2～3次。测定气泡缓慢逸出时的最大压差。 ④由实验常用数据表中查出实验温度下水的表面张力，则可算出仪器常数K。 得出 水的表面张力与温度的关系如表4-1. 表4-1 水的表面张力与温度的关系 温度℃ 0 5 10 15 20 （mN/m） 75.6 74.9 74.2 73.5 72.8 四、数据记录与处理 1．计算仪器常数并计算出个浓度溶液的表面张力,并计算出 如表4-2。