數(shù)學(xué)物理實驗報告班級：姓名：學(xué)號：實驗日期：2019年4月18日實驗名稱：液體表面張力的測定與應(yīng)用一、實驗?zāi)康模ㄒ唬W(xué)習(xí)和把握最大氣泡壓力法測定苯酚水堿液的表面張力的原理和技巧（二）加深理解吉布斯表面吸附公式及其應(yīng)用（三）了解等面積圖結(jié)微分法的基本原理（四）學(xué)習(xí)利用計算機初步用非線性擬合法處理實驗數(shù)據(jù)二、實驗原理1、表面張力的測定：表面張力儀中的毛細(xì)管與待測液體面相切時，液面即沿毛細(xì)管上升。打開分液漏斗的活塞，使水平緩下滴而降低系統(tǒng)壓力，這樣毛細(xì)管內(nèi)液面上遭到一個比試管中液面上大的壓力，當(dāng)此壓力差在毛細(xì)管錐面上形成的斥力稍小于毛細(xì)管口液體的表面張力時，氣泡就從毛細(xì)管口逸出，這一最大壓力差可由數(shù)字式微壓檢測儀上讀出。其關(guān)系式為=?=?最大大氣系統(tǒng)2假如毛細(xì)管直徑為r，氣泡由毛細(xì)管口逸出時遭到向上的總壓力為π，氣最大泡在毛細(xì)管遭到的表面張力造成的斥力為2πrσ。剛發(fā)生氣泡自毛細(xì)管口逸出時，上述壓力相等即22π=π?=2πrσ最大σ=2若用同一根毛細(xì)管，對兩種具有表面張力分別為σ、σ的液體而言，則有下述12關(guān)系：1=122=2212=12211==?12式中K為儀器常數(shù)其單位為m。
因而，以已知表面張力的液體為標(biāo)準(zhǔn)，即可求出其它液體的表面張力，將這些測定表面張力的方式稱作最大氣泡壓力法。2、吉布斯吸附公式：純液體表面層的組成與內(nèi)部層相同，因而，液體增加體系表面自由能的惟一途徑是盡可能縮小其表面積。對于堿液則因為溶質(zhì)會影響表面張力，因而可以調(diào)節(jié)溶質(zhì)在表面層的含量來增加表面自由能。依據(jù)能量最低原則，溶質(zhì)能減少溶劑的表面張力時，表面層中溶質(zhì)的含量應(yīng)比堿液內(nèi)部來得大。反之溶質(zhì)使溶劑的表面張力下降時，它在表面層中的含量比在內(nèi)部的含量來得低，這些表面含量與氨水內(nèi)部含量不同的現(xiàn)象叫“吸附”。其實，在指定體溫和壓力下，吸附與氨水的表面張力及氨水的含量有關(guān)，Gibbs用熱力學(xué)的方式推導(dǎo)入它們之間的關(guān)系式。對于二組分堿液，當(dāng)溶質(zhì)的黏度可用其相對含量取代時，Gibbs公式可以表示為：=??式中Γ為表面吸附量（mol/m2）；為堿液的表面張力（J/m2）；為熱力學(xué)溫度；為堿液含量（mol/m3）；為二氧化碳常數(shù)。當(dāng)/<0時，>0稱為正吸附；反之當(dāng)/>0時，<0稱為負(fù)吸附。后者表明加入溶質(zhì)使液體表面張力增長，這種物質(zhì)稱表面活性物質(zhì)。
前者表明加入溶質(zhì)使液體表面張力下降，這種物質(zhì)稱非表面活性物質(zhì)。因而，從Gibbs關(guān)系式可看出，只要測出不同含量堿液的表面張力，以σ～ｃ畫圖，在圖的曲線上作不同含量的切線，把切線的斜率代入Gibbs吸附公式，即可求出不同含量時氣～液界面上的吸附量。3.蘭格繆爾（）吸附公式在一定的濕度下，吸附量與氨水含量之間的關(guān)系由等溫式表示：式中∞為飽和吸附量，b為經(jīng)驗常數(shù)，與溶質(zhì)的表面活性大小有關(guān)。將上式化成直線多項式則：1=+∞∞若以/?畫圖可得仍然線大學(xué)物理實驗論文液體表面張力系數(shù)的測定，由直線斜率即可求出。每位溶質(zhì)分子所搶占的氨水表面積即溶質(zhì)分子的橫截面積就可以表示為：如果在飽和吸附的情況下，在氣～液界面上布滿一單分子層，則可應(yīng)用下式求得被測物質(zhì)的橫截面積q。三、儀器和藥品表面張力儀，超級恒溫槽，抽鋼瓶，數(shù)顯壓差計，膠頭滴管，50mL容量瓶13個，水銀體溫計（0-100℃）1支，5mL、10mL、25mL移液管各一支，無水乙酸。四、實驗步驟1.配制堿液。按要求用移液管移取相應(yīng)容積的乙酸原始堿液到不同的50mL容量瓶中，并用分餾水稀釋至刻度大學(xué)物理實驗論文液體表面張力系數(shù)的測定，配制出13種待測堿液。
2.測定儀器常數(shù)。把表面張力儀調(diào)節(jié)到垂直，在A管中注入分餾水，使液面剛才與毛細(xì)管B的上端接觸。之后緩緩打開抽鋼瓶的旋塞D抽氣，直至有氣泡從毛細(xì)管上端逸出。并適當(dāng)調(diào)節(jié)旋塞D的防水速率促使2~3s逸出一個氣泡為宜。這時持續(xù)觀察數(shù)顯壓差計2~3min，并把最大壓差值Δ記錄出來。?2?1液體的表面張力都與氣溫有關(guān)。純水在25℃下的表面張力為7.197×10?。結(jié)合此處測得的Δ，由=-1?Δ可以求得所用儀器的儀器常數(shù)。23.從稀到濃依次測定配置的乙酸水堿液的Δ，并結(jié)合表面張力儀的儀器常數(shù)估算每一種堿液的表面張力。此處須要注M意的是，每次測試前須要用少量的待測液體把表面張力儀潤洗兩次。五、實驗數(shù)據(jù)記錄溫度28.1℃Δ=0.702=1.108×10?4Δ???????1??1??1??1?2??10.06-0.6730.0746---0.12-0.6280.06960.060.00500..18-0.6110.06770.060.00190..