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最大泡压法

发布时间:2023-09-16 20:30:27

最大泡压法

最大泡压法是一种测定溶液表面张力的方法,溶液的表面张力 σ是强度因子,是物质的重要特性之一,在一定的温度和压力下有一定的数值。测定表面张力的方法有多种,在科研和教学上常采用的有:毛细管上升法 、最大泡压法 、滴重或滴体积法 、拉脱法等。其中最大泡压法测定溶液表面张力实验装置简单、操作方便,且不需要测定接触角 θ 和液体密度 ρ ,因而是大学物理化学实验中的重要内容之一。

最大泡压法基本原理

最大泡压法测定溶液的表面张力是毛细管上升法的一个逆过程。其装置如概述图所示,将待测表面张力的液体装于表面张力仪中使毛细管的端面与液面相切(这样做是为了数据处理方便,如果做不到相切,每次实验毛细管浸没的深度应保持一致,此时数据处理参见其它文献),由于毛细现象液面即沿毛细管上升,打开抽气瓶的活塞缓缓抽气,系统减压,毛细管内液面上受到一个比表面张力仪瓶中液面上(即系统)大的压力,当此压力差——附加压力(∆p=p大气-p系统)在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时,气泡就从毛细管口脱出,此附加压力与表面张力成正比,与气泡的曲率半径成反比,其关系式为拉普拉斯公式:

式中,∆p为附加压力;σ为表面张力;R为气泡的曲率半径。

如果毛细管半径很小,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;随着气泡的形成,曲率半径逐渐变小,直到形成半球形,这时曲率半径R和毛细管半径r相等,曲率半径达最小值,根据上式这时附加压力达最大值。气泡进一步长大,R变大,附加压力则变小,直到气泡逸出。根据上式,R=r时的最大附加压力为:

或:

对于同一套表面张力仪,毛细管半径r、测压液体密度、重力加速度都为定值,因此为了数据处理方便,将上述因子放在一起,用仪器常数K来表示,上式可简化为:

式中的仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得,通常用纯水来标定。

最大泡压法仪器与试剂

最大泡压法实验仪器:

最大泡压法表面张力仪、洗耳球、移液管(1mL、5mL)、烧杯(50mL)、温度计。

最大泡压法实验试剂:

待测溶液、蒸馏水。

最大泡压法实验步骤

仪器准备与检漏

将表面张力仪容器和毛细管洗净、烘干。在恒温条件下将一定量蒸馏水注入表面张力仪中,调节液面,使毛细管口恰好与液面相切。打开抽气瓶活塞,使体系内的压力降低,当U形管测压及两端液面出现一定高度差时,关闭抽气瓶活塞,若2~3min内,压差计的压差不变,则说明体系不漏气,可以进行实验。

仪器常数的测量

打开抽气瓶活塞,调节抽气速度,使气泡由毛细管尖端成单泡逸出,且每个气泡形成的时间约为5~10s。当气泡刚脱离管端的一瞬间,压差计显示最大压差时,记录最大压力差,连续读取三次,取其平均值。再由手册中查出实验温度时水的表面张力σwater,则仪器常数:

表面张力随溶液浓度变化的测定

用移液管分别移取0.150mL、0.300mL、0.600mL、0.900mL、1.50mL、2.50mL、3.50mL待测液,移入7个50mL的容量瓶,配制成一定浓度的待测溶液。然后由稀到浓依次移取一定量的待测溶液,按照步骤

(2)所述,置于表面张力仪中测定某浓度下待测溶液的表面张力。随着待测液浓度的增加,测得的表面张力几乎不再随浓度发生变化。

将各实验数据统计,整理填入预制表格中。

最大泡压法测试注意事项

① 在测定表面张力时,毛细管的端面与液面相切,这样是为了数据处理方便。如果做不到相切,每次实验毛细管浸没的深度应保持一致。

② 测定溶液的表面张力仪时,要从浓度低到浓度高的溶液依次进行。避免待测溶液污染,浓度发生明显变化。

③ 每次安装好仪器,进行测定前,注意要先打开抽气瓶上的塞子,连通大气,再塞紧塞子进行实验测定。

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