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溶液表面张力的测定

陈兴、李丽

（化工学院制药工程系，药 151 班，学号 150153）

摘要：

该实验是要测定溶液的表面张力，采用最大气泡压力法。在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的浓度和表面张力关系服从Gibbs吸附等温式：?=-c?d????，气泡从形成到离开过程，曲率半RT?dc?T,p径由大变小，再变大，附加压力相应由小变大再变小。根据实验测得到压力差，则有?p?由

2?,则可求得溶液在各种浓度的表面张力?。而r1c?1?1及可分别求出饱和吸附量和正丁醇分子的????c??s??L?????k?横截面积。 一、引言：

在液体内部，表面层的分子受内层分子的作用与受表面层外介质的作用不同，因而受力不均衡，在纯物质情况下，表面层的组成与内部相同，但加入溶质后，溶剂的表面张力会发生变化，所以是否可以用不同浓度的溶液通过最大气泡压力法来测定表面张力，进而算出表面吸附量?和正丁醇分子的横截面积?s。

二、实验材料和方法

2.1 材料

仪器:DP-AW精密数字压力计，南京桑力电子设备厂；SYC-15C超级恒温水浴箱，南京桑力电子设备厂；容量瓶、移液管、烧杯、毛细管，北京玻璃二厂。

试剂：0.3mol/L,0.4mol/L正丁醇溶液（A.R)，北京化工厂。 2.2 方法

实验时，先洗净表面张力仪，毛细管，吸管和容量瓶等，接着配制溶液：0.3mol/L、0.4mol/L的正丁醇溶液配制成8种不同浓度的溶液，分别为0.025mol/L、0.050mol/L、0.075mol/L、0.100mol/L、0.150mol/L、0.200mol/L、0.300mol/L、0.400mol/L的正丁醇溶液。

测量表面张力时，先将蒸馏水加入表面张力仪中，插入毛细管，使毛细管口与液面相切且垂直，向排水瓶加入约三分之二的水，打开

活塞接通大气，打开活塞，使微压差测量仪数字回零，关闭活塞，打开滴液漏斗活塞使水流出，观察毛细管下端逸出的气泡，并读取记录15组的压差仪示数，记录绝对值最大的示数，将溶液由稀到浓逐步取代，重复上述步骤，测量完8个浓度的溶液，即实验结束。

三、数据和分析

在25℃，气压为101.57kPa时，水的表面张力?约为0.0721N/m,测得其?p?0.454kPa，由?p?力。

表一、25℃时不同浓度正丁醇溶液与表面张力

温度:25.75℃ 大气压：101.57KPa

?p，KPa

0.454 0.444 0.434 0.417 0.396 0.369 0.342 0.333 0.321

2?2?，可得曲率半径r?=0.318m，则可由此算出不同浓度正丁醇溶液的表面张r?pC,mol/L 0.000 0.025 0.050 0.075 0.100 0.150 0.200 0.300 0.400

?，N/m

0.0721 0.0706 0.0690 0.0663 0.0629 0.0587 0.0544 0.0529 0.0510

图一、25℃时正丁醇溶液不同浓度与表面张力关系图

在一定温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的浓度和表面张力关系服从Gibbs吸附等温式：?=-

表二、25℃时正丁醇溶液不同浓度下的d?/dc、?及C/?

C,mol/L 0.025 0.050 0.075 0.100 0.150 0.200 0.300 0.400

c?d????,则可得出不同浓度下的?及C/?，即表二。 RT?dc?T,pd?/dc

-0.16854 -0.13983 -0.11584 -0.09624 -0.06625 -0.04547 -0.02154 -0.01022

10?6?,mol/m2

1.70 2.82 3.51 3.88 4.01 3.67 2.61 1.65

C/?

14714.54 17730.50 21367.52 25773.20 37406.48 54495.91 114942.53 242424.24

图二、25℃时正丁醇浓度与d?关系图

图三、25℃时正丁醇溶液不同浓度与C/?关系图

由图3可得斜率值为562149.66，根据朗格缪尔等温吸附方程式????kc/?1?kc? 可得?11?c?12，即=562149.66，饱和吸附量???1.78?10?6mol/m。 ?c????k??????1根据?s?，L为阿伏加德罗常数，可以算出正丁醇分子的横截面积，

??L?s?9.32?10?19m2，比文献值大得多。

四、结论

在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的浓度和表面张力关系服从Gibbs吸附等温式：?=-c?d????，在液体内部，表面层的分子受内层分子的RT?dc?T,p作用与受表面层外介质的作用不同，因而受力不均衡，在纯物质情况下，表面层的组成与内部相同，但加入溶质后，溶剂的表面张力会发生变化，实验中测得的

不同浓度的溶液的压差值随着浓度的增大而逐渐增大再减小，所以可以用不同浓度

的溶液通过最大气泡压力法来测定表面张力，并由朗格缪尔等温吸附方程式

1c?1?1??可算出，由可算出正丁醇分子的横截面积。 ???c??s???L?????k?五、参考文献

[1] 胡应喜.基础化学实验.石油工业出版社，2009.6:325-329.

[2] 陈六平、戴宗.现代化学实验与技术.科学出版社，2007.10：207-213

[3] 宋毛平、何占航.基础化学实验与技术.化学工业出版社，2008.9：409-413