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最大气泡法测定液体的表面张力
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3秒自动关闭窗口导读：实验室研究与探索，最大气泡法测定液体表面张力实验装置的改进，“最大气泡法测定液体的表面张力”要：基于物理化学实验教材实验中毛细管与液面相切难，毛细管鼓泡速率难控制的缺点提出了改进方案，由注射器代替滴管控制液体加入量，采用带活塞的锥形瓶与注射器联用取代滴流瓶控制减压操作气泡形成的速率，用计算机取代人工处理实验数据和绘图，改进后的实验数据准确度和精密度均有所提高，关键词：表面张力，实验装置中图分类第30卷第12期2011年12月实验室研究与探索RESEARCHANDEXPLORATIONINLABORATORYVol．30No．12Dec．2011最大气泡法测定液体表面张力实验装置的改进潘湛昌，苏小辉，张环华，胡光辉，魏志钢（广东工业大学轻工化工学院，广东广州510006）“最大气泡法测定液体的表面张力”要：基于物理化学实验教材实验中毛细管与液面相切难控制、毛细管鼓泡速率难控制的缺点提出了改进方案。由注射器代替滴管控制液体加入量，较容易使毛细管摘与液面刚好相切；采用带活塞的锥形瓶与注射器联用取代滴流瓶控制减压操作气泡形成的速率；用计算机取代人工处理实验数据和绘图。改进后的实验数据准确度和精密度均有所提高。关键词：表面张力；最大气泡法；实验装置中图分类号：O647．1文献标志码：A文章编号：（31－03ImprovementofMaximumBubblePressureMethodforDeterminationofLiquidSurfaceTensionPANZhan-chang，SUXiao-hui，ZAHNGHuan-hua，HUGuang-hui，WEIZhi-gang（FacultyofLightIndustryandChemicalEngineering，GuangdongUniversityofTechnology，Guangzhou510006，China）Abstract：Theimprovementisproposedinviewoftheshortcomingsof“physicalchemistryexperimentwithmaximumbubblepressuremethodfordeterminationofliquidsurfacetension”inthetextbook．Theshortcomingsincludetheleveltangentofcapillarytubewithfluidandthefactthatthecapillarybubbleratearedifficulttocontrol．Thepipetteisreplacedbysyringewhichmakesiteasierforthecapillarytubeandthefluidsurfacejusttangent．Theformationrateofbubblesiswellcontrolledbyunionbetweencone-bottlewithpistonandsyringeinsteadoftricklebottleindecompressionoperation．Acomputerisusedtoreplacethemanualprocessingofexperimentaldataandmapping．Theaccuracyandprecisionofexperimentaldatahavebeenimproved．Keywords：surfacetension；maximumbubblemethod；experimentaldevice0引言从而较难控制气泡的形成速率使气泡成单泡的流量，逸出；③实验结果采用人为绘图处理，操作麻烦且误差大。本文提出了最大气泡法测定液体表面张力的改进方案。表面张力是液体的一个重要性质，是一些物质表面性质和化学反应的关键因素，目前出现了许多测定液体表面张力的方法。众多院校实验教材采用最［2］大气泡法进行测定。最大气泡法近年的改进有：数［3-4］，字式微压差测量仪代替酒精U型压力计文献提供的实验方案仍然存在以下缺点：①操作中难以使毛［1］11．1实验部分实验原理吉布斯吸附量与表面张力的关系式为CdσΓ=－RTdC（1）细管底端与待测液面相切；②使用滴液瓶较难控制水收稿日期：基金项目：广东工业大学精品课程项目（090044）；广东工业大学教改项目资助项目（）作者简介：潘湛昌（1962－），男，广东南海人，博士，教授，主要从事物理化学和应用化学方面的研究。Tel．：；E－mail：panzhanchang@163．com3式中：C为溶质在溶液本体中的平衡浓度（mol/m）；σ为溶液的表面张力（N/m）；Γ为溶质在单位面积表2面层中的吸附量（mol/m）朗格缪尔提出Γ与C的关系：Γ=Γ∞K'C1+K'C（2）32实验室研究与探索第30卷式中：Γ∞为饱和吸附量；K为常数。将式（2）化为直线则方程，CC1=+（3）ΓΓ∞K'Γ∞若以C/Γ对C作图，所得直线的斜率的倒数即为Γ∞。假设在饱和吸附情况下，吸附分子在界面上铺满一层单分子层，即求得横截面积：1Γ∞LL为阿佛加德罗常数。式中，AS=（4）发量，同时正丁醇的价格与无水乙醇的价格相差不大。由于正丁醇具有刺激性气味，因此本文选择低浓度的正丁醇（0．01～0．20mol/L）进行实验。2．2装置的改进图1（a）采用滴管吸取样品来实现毛细管下端面与样品管液面相切。但滴管很难控制吸取量，使得该操作非常麻烦、耗时。为此，本文将滴管改为注射器。实验表明：针筒更易控制样品量，使毛细管下端面与待测液面相切，从而达到高效率，高质量的效果。文献［13］中采用毛细管插入溶液一定深度的方法，本文认为不同浓度溶液密度相同的假设会对结果带来误差．图1（a）采用滴液瓶来进行减压操作，较难控制气使气泡成单泡逸出，在一定程度上造成泡的形成速率，14］中用吸耳球来控制毛细管气了实验误差。文献［本文采用带活塞的锥形瓶和医用吊针泡的溢出速率，注射器联用调节水流量，达到减压操作的效果。改进的装置如图1（b）所示。图2是实验装置改进前后σ－C图的比较。可以改进后的数据具有较高的精密度。看出，实验装置如图1所示，将毛细管底端与待测液面相切，液面即沿着毛细管上升，打开抽气瓶活塞，让水缓慢流下，使毛细管内液体受到的压力比样品中液面气泡就从毛细管口逸出，此时毛细管内液体上的稍大，受到的压力与样品中液面上相等。这一压差采用精密数字压力计读出。图1实验装置图图2σ－C图以已知表面张力σ1的液体为标准，由式（2）～（4）可求出其他液体的表面张力σ2。2．322．1结果与讨论溶液的改进物理化学实验教材［2-9］数据处理的改进在数据处理方面，教材采用人工绘图的计算方法，不仅繁琐，且引起的误差相当大。闫华用Origin软件［15］对实验数据进行处理，本实验数据处理方法用计算机处理和绘图取代人工操作，简便快捷，得到的结果也比较客观，也锻炼了学生的计算机应用能力。基于Excel庞大的运算功能，使用Excel进行数据处理，其步骤如下。（1）求毛细管常数K。查表得实验温度时纯水的中采用最大气泡法测定不乙醇溶液易挥发，同浓度乙醇溶液的表面张力。发现，给实验结果带来了一定的误差。为减小这方面的误［10-12］，差，将乙醇改为正丁醇因为正丁醇的相对分子质量比乙醇的大，挥发度比乙醇的小，能减少样品的挥第12期潘湛昌，等：最大气泡法测定液体表面张力实验装置的改进33表面张力，由K=σ（H2O）/p最大1计算出毛细管常数K。（2）求各种浓度正丁醇溶液的表面张力。在Excel工作表中，p的实验数据，分列输入C、根据σ2=Kσ1求得各种浓度正丁醇溶液的表面张力；作σ－C图。如在Excel工作表中，单击［插入］图表］菜单→［项，在弹出的［图表向导］对话框［标准类型］选项卡xy散点图］，中，选择［图表类型］为［下一步］→单击［选择［数据区域］下一步］下一步］→单击［→单击［→，单击［完成］右击图表上任意一点，选择［添加趋势，，线］在［类型］选项卡中选择［多项式］在［显现］选项卡中选中［显示公式］即得到σ－C图，并拟合出方程。（3）作C/Γ－C图。对步骤（2）显示的方程一阶即得dσ/dC。在σ－C曲线上任取8点（浓度求导，5%～30%为宜），C/Γ值（见图得出相应浓度下的Γ、3）。按步骤（2）的方法（注：［添加趋势线］的［类型］，选项卡中，选择［多项式］改为选择［线性］求得C/Γ－C图。由直线斜率求出Γ∞，进而算出乙醇的横截面积AS=1/（Γ∞L）。改进前正丁醇的截面积AS=3．6×10－193结语改用注射器取代滴管控制加液量使液面和毛细管高效；减压鼓泡操作中，用带活塞的锥相切会更简便、形瓶与医用吊针注射器联用代替滴流瓶，使气泡逸出速率更容易控制；利用Excel程序取代人工操作进行数据处理和绘图，结果更加快捷客观。参考文献（References）：［1］奚新国，PuChen．表面张力测定方法的现状与进展［J］．盐城工）：1-4．学院学报，［2］潘湛昌．物理化学实验［M］．北京：化学工业出版社，2008：68～71．［3］庄志萍，．孙鹏琦，马天慧，等．溶液表面张力测定实验的改进［J］）：48-49．大学化学，［4］张进，姚思童，吕丹．溶液表面张力测定实验的改进实践［J］．广东化工，）：174-175．［5］东北师范大学．物理化学实验［M］．北京：高等教育出版社，～215．［6］华南理工大学物理化学教研室．物理化学实验［M］．广州：华南．理工大学出版社，［7］华．北京：中国地质大萍，王君霞，付风英．物理化学实验［M］．学出版社，［8］鲁道荣．物理化学实验［M］．合肥：合肥工业大学出版社，2006：79-82．［9］张．北京：化学工业出军，宋帮才，关振民．物理化学实验［M］．版社，［10］孙尔康，张剑荣．物理化学实验［M］．南京：南京大学出版社，．［11］庞素娟，．武汉：华中科技大学出版吴洪达．物理化学实验［M］5．社，［12］何M］．北京：科学出版社，1．畏．物理化学实验［［13］龙立平，熊文高，李旺英．溶液表面张力测定实验的方法改进［J］．湖南城市学院学报（自然科学版），2004（2）：55-56．［14］刘［15］闫宾．最大泡压法测表面张力实验改革［J］．湖北中医学院学华，金燕仙，钟爱国．溶液表面张力测定的实验数据处理分）：43-44．报，J］．实验技术与管理，）：44-46．析与改进［m，改进2－19m2，文献值AS=后正丁醇的截面积AS=2．3×10（2．4～3．2）×10－19m2，可以看出，改进后的实验数据具有更高的准确度。图3C/Γ－C图办好期刊，用好期刊，提升理念，推进实验室的创新与发展！包含总结汇报、外语学习、行业论文、人文社科、资格考试、IT计算机、经管营销、专业文献、应用文书、计划方案以及最大气泡法测定液体表面张力实验装置的改进等内容。
相关内容搜索用Excel处理最大气泡法测定溶液表面张力的实验结果
在化学实验"溶液表面张力测定"的数据结果处理中,常规的手工绘图计算误差较大.利用高等教学中的"截分中值定理"理论计算曲线斜率,结合普通计算机自带的Microsoft Excel "函数计算"程序处理实验数据,过程和结果明了、简单、精度较高.
北京石油化工学院,北京,102617
年，卷(期)
机标分类号
北京石油化工学院教改研究课题
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．客服电话
&&8:00-11:30,13:00-17:00(工作日)最大泡压法测定溶液表面张力实验报告_中华文本库
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通过实验测得表面张力与溶质浓度的关系，作出γ－c 曲线，并在此曲线上任取若干点作曲线??γ?的切线，这些切线的斜率就是与其相应浓度的 ?，将此值代入（2）式便可求出在此浓度时的??c ?T
溶质吸附量Γ。吉布斯吸附等温式应用范围很广，但上述形式仅适用于稀溶液。
2．最大泡压法测表面张力原理
测定溶液的表面张力有多种方法，较为常用的有最大泡压法其测量方法基本
原理可参见图2。
最大抛压法测液体表面张力装置
图中B 是管端为毛细管的玻璃管，与液面相切。毛细管中大气压为p 。试管A 中气压为p ，当打开活塞E 时，C 中的水流出，体系压力p 逐渐减小，逐渐把毛细管液面压至管口，形成气泡。在形成气泡的过程中，液面半径经历：大→小→大，即中间有一极小值r min ＝r 毛，此时气泡的曲率半径
最小，根据拉普拉斯公式，气泡承受的压力差也最大： 0
?P =P 0-P =2γ/r
此压力差可由压力计D 读出，故待测液的表面张力为：
γ=r ??p /2
若用同一支毛细管测两种不同液体，其表面张力分别为γ1、γ2，压力计测得压力差分别为Δp 1、Δp 2则：
γ1/γ2=?p 1/?p 2
若其中一种液体的γ1已知，例如水，则另一种液体的表面张力可由上式求得。即：
γ2=(γ1/?p 1)??p 2=K ??P 2
K =(γ1/?P 1)
称为仪器常数，可用某种已知表面张力的液体（常用蒸馏水）测得。
三．仪器与试剂
最大泡压法表面张力仪，精密数字压力计，吸耳球，移液管（各种量程），容量瓶 (50mL)，正丁醇（分析纯），蒸馏水。
四．实验步骤
1．仪器准备与检漏
将洁净的表面张力仪各部分连接好。
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