最大泡压法测定溶液的表面张力.doc
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1、 . 南昌大学物理化学实验报告学生姓名:李江生 学号:5802216018专业班级:安工161 实验日期:2018-3-27 实验二 最大泡压法测定溶液的表面张力一、 实验目的1、掌握最大泡压法测定表面张力的原理及操作;2、了解表面张力、表面功、表面吉布斯函数、表面吸附的概念及相互关系;3、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力。二、 实验原理液体表面层中的分子与体相中的分子所处的力场不同,内部分子所受合力为零,而表面层中的分子,所受到的作用力指向液体内部,这种作用力使表面层中的分子有离开液面进入内部的趋势,即液体表面有自动缩小的倾向。这种使液面收缩的单位长度上的力即为表面张力(,单位Nm-1)。液
2、体的表面张力是液体的重要性质之一,与液体的温度、压力和组成均有关系。从热力学角度看,液体表面层中的分子比内部分子具有更高的平均位能,即表面吉布斯自由能(表面吉布斯函数)。通常把增加单位面积表面所引起系统的吉布斯函数的改变量称为单位表面吉布斯函数(单位为Jm-2)。它等于恒温恒压下增加单位面积表面,系统从外界得到的可逆非体积功,即单位表面功(单位为Jm-2)。表面张力与单位表面吉布斯函数、单位表面功虽为不同的物理量,但其量值与量纲均相同:恒温恒压下,系统表面吉布斯函数减小的过程为自发过程。与纯液体依靠缩小表面积来低表面吉布斯函数不同,溶液除了缩小表面积,还可以通过改变表面层中溶质的浓度来降低表面
3、吉布斯函数。一定温度下,将溶质加入到纯液体中,会出现溶液表面层中溶质浓度与溶液本体浓度不同的现象,称为表面吸附。若溶质加入后溶液表面张力下降,则溶质将自动富集于表面层,这种情况称为正吸附;反之则为负吸附;单位面积表面层中溶质物质的量与溶液本体中等量溶剂所含溶质物质的量的差值,称为溶质的表面过剩3(也称为表面吸附量)。一定的温度、压力下,溶质的表面过剩与溶液表面张力、浓度之间的关系满足吉布斯吸附等温式:式中,为溶质B的表面过剩,mol;为溶质B在溶液本体中的平衡浓度,mol;为溶液的表面张力,N;T为热力学温度,K。一定温度、压力下,测定一系列不同浓度()溶液的表面张力,作出-曲线。本实验采用最
4、大泡压法测定正丁醇水溶液的表面张力,研究正丁醇分子在溶液表面的吸附情况。最大泡压法所依据的原理是:将毛细管端口垂直与溶液表面相切,管内液体自动上升到一定高度。随着管内压强缓慢降低,外部压强缓慢加压于毛细管内,管内气体将其中的液体压至管口,在毛细管口处形成气泡并慢慢长大,气泡的曲率半径由大逐渐变小,当气泡的曲率半径与毛细管口半径刚好相等时,气泡为半球状,曲率半径最小,而后半径又逐渐变大。根据拉普拉斯方程可知,当气泡的曲率半径与毛细管口半径刚好相等时,泡内外压差最大,此时气泡所承受的压差为:式中,为气泡内外最大压力差(取正值),可通过数字式微压差测量仪测得;r为毛细管半径,实验时,它是定值。根据上
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