最大气泡法测定液体的表面张力+2教案.doc

前言随着学科间的不断渗透,表(界)面问题,如界面吸附、微乳、界面反应、胶束等在化学工程领域中的重要作用,日益被更多的人们所认识。尤其是物质表(界)面动态吸附问题,是界面电性质、界面润湿性、乳化、界面瑞动以及泡沫分离、浮选、结晶、脱油和破乳粗粒化技术等的基础。因此,研究表面活性剂溶液动态表面张力的测定,掌握物质界面动态吸附机理,在理论及实际应用上均是非常必要的。目前,测定溶液表面张力常见的方法有毛细波法、喷射法、最大饱压法、流板法、钟法、波脉动法等。相比之下,最大泡压法具有装置简单、测定准确、数据重现性好、可测的表面寿命范围较宽等优点。根据Adam和Bashforth关于溶液毛细上升理论,Sugden首先提出了最大泡压法,它是一种涉及新形成气液表面的准动态法,先是被用于研究溶液静态表面张力,尤其是测定不易接近的液体(如高温熔融状金属液体)的表面张力。Kraht,则首先采用最大泡压法测定了表面年龄>。随后,Austin等人进一步采用闪光测频仪确定气泡释放的频率,。七十年代,Kloubek就最大泡压法中如何确定气液表面的有效时间问题,提出了相应的理论,并报道了实验结果。值得一提的是,这些前人的工作,均是建立在Sugden的理论基础上,最大泡压法实验装置的主要部分是相同的。近年来,一些作者采用压力传感器信号自动检测处理系统,测定最大泡压法中毛细管管端气泡从生长到释放过程中管腔内气体压力的变化,进而确定表面张力,以求提高表面张力数据的测定精度。本课题即是选中此角度,结合大学物理化学实验中的实验九十《最大泡压法测定液体的表面张力》,利用化工数学的知识,来探究分析最大抛压和表面张力的关系。组内成员分工:组长:组员:模型建立溶剂中加入溶质后,溶剂的表面张力要发生变化,加入表面活性物质(能显著降低溶剂表面张力的物质)则它们在表面层的浓度要大于在溶液内部的浓度,加入非表面活性物质则它们在表面层的浓度比溶液内部低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫溶液的吸附。显然,在指定的温度压力下,溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。从热力学可知,它们之间的关系遵守吉布斯吸附等温方程:(7—1)式中:—为溶质在单位面积表面层中的吸附量(mol·m-2);—为溶液的表面张力(N·m-2);c—为溶液浓度(mol·m-3);;—气体常数,·mol-1·-1;—为绝对温度()。当<0时,>0,即溶液的表面张力随着溶液浓度的增加而下降时,吸附量为正值,称为正吸附,反之,当>0时,<0称为负吸附。吉布斯吸附等温方程式应用范围很广,但上述形式只适用于稀溶液。通过实验测得不同浓度溶液的表面张力、……即可求得吸附量。本实验采用最大气泡压力法测定正丁醇水溶液的表面张力值。试验装置如图(7—1)所示。 图7—1 表面张力测定装置1—样品管  2—毛细管 3—压瓶4—精密数字压力计 5—大气平衡管 6—活塞   图7—2 气泡曲率半径的变化规律将欲测表面张力的溶液装入样品管中,使毛细管的端口与液面相切,液体即沿毛细管上升,打开减压瓶3的活塞6,使里面的水慢慢的滴出,则系统内的压力慢慢减小,毛细管2液面上受到一个比样品管中液面上大的压力,此时毛细管内液面就会下降,直到在毛细管端面形成一个稳定的气泡。开始时气泡表面很平,曲率半径很大,随着气泡的形成,曲率半径逐渐变小,形成半球时,气泡的曲率半径与毛细管的半径相等,曲率半径达最小值(如图7—2)。气泡进一步长大,曲率半径又变大,直到气泡从毛细管口脱出。曲率半径最小时有最大的附加压力,在压力计上就有绝对值最大的读数。此时气泡的曲率半径就是毛细管的半径。可见毛细管口冒出气泡所需要增加的压力()与液体的表面张力成正比。利用杨—拉普拉斯公式有:式中:—曲率半径最小时气泡的最大附加压力,单位为;—压力计上绝对值最大的读数,,单位为mmH2O;—水的密度;单位为 kg·L-1—重力加速度;单位为 m·s-2—表面张力;—气泡的最小曲率半径,同时也是毛细管的半径。  于是得到:                  (7—2)式中与毛细管的半径有关,对同一支毛细管是常数,称为仪器常数,可由已知表面张力的液体求得,例如已知水在实验温度下的表面张力,测得最大压力读数,则,求出该毛细管的值,就可用它测定其他液体的表面张力了。(7—3)式中为精密数字压力计的最大读数。由实验测得不同浓度时的表面张力,以浓度为横坐标,为纵坐标,得—曲线如图(7—3)所。当溶液浓度较小时,随的增大而迅速下降。溶液浓度继oc图7—3 表面张力及吸附等温线       图7-4  ~c关系图 续增大,溶液的表面张力随浓度的变化渐趋平缓。当浓度增大到某一值后,溶液的表面张力几乎不随浓度增加而改变。为了求得在不