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溶液表面张力测定经典方法——​最大气泡压力法改进方案

来源:大学化学 浏览 1124 次 发布时间:2023-05-29

最大气泡压力法是大学物理化学实验中测定溶液表面张力的一个经典方法。由于最大泡压法测定溶液表面张力实验装置较为简单,也易于理解其原理,且不用测定液体密度ρ和接触角θ,因而成为测定溶液表面张力的一个基本物理化学实验。下面介绍实验存在问题与改进方法。


1.1主要仪器与试剂


主要仪器:DP-AW-I型表面张力实验装置,南京桑力电子设备厂;CH1006型超级恒温槽,上海恒平科技仪器有限公司。


主要试剂:正丁醇,无水乙醇,均为分析纯,天津光复试剂有限公司。


1.2存在问题


实验改进主要以浓度、温度、物质等分别作为变量,进行正交实验,从而得到较为符合常理的实验结果。导致实验存在较大偏差的原因可能如下:


(1)在低浓度下,偏差可能来自于体积小时的量取误差;在高浓度时,误差则可能是来源于实验是以易挥发的乙醇及正丁醇为研究对象,浓度增大,溶液的挥发性增大;最后,在配制溶液时,温度不可能完全一样,导致试剂密度变化,因而带来误差。


(2)实验所用的样品管为套管试管,内管放置待测液,外管则是由橡胶管而来的恒温水,用于营造恒温环境。一般情况下为保证实验仪器的稳定及整洁,恒温水槽及样品管距离较远,橡胶管较长,恒温水到外管时水温有微小变化,从而造成实验误差。


1.3改进


(1)浓度:为保证浓度的准确:①由于待测溶液浓度极稀,可采用等体积滴定方法;②每测完一组都洗净毛细管,再用待测液润洗吹干后进行测定;③先配制一系列标准溶液,精准测定其折光率后得出工作曲线,再由此确定实验溶液浓度。本实验选择配制一系列浓度溶液,在每次实验时,都进行润洗操作,减小由于浓度的不准确而带来的误差。


(2)温度:温度是实验结果是否准确的关键影响因素。改进温度的方法有:①将待测液置于支管烧瓶内,再将支管烧瓶直接置于恒温水浴槽内;②尽量缩短橡胶管长度或选择保温性较好的橡胶管。本实验采取了保温性较好的橡胶管,并设置了25°C和30°C两个温度,有效降低了结果的偶然性。装置如图1所示。

图1表面张力实验装置图


(3)物质:本实验采用了正丁醇和乙醇为实验对象,进行多次实验,降低了实验结果的偶然性。正丁醇和乙醇属于短链烷基醇类(碳链长度小于8),随着浓度的增加,表面张力下降,但不呈完美的线性关系。且在接近溶解度时,由于其密度小于水,达不到完全溶解,造成测量失准,因此对高浓度的溶液存在测量偏差。


(5)其他:①将表面张力仪样品管所连接的毛细管外部加设一个可旋动的活塞,可以通过旋转毛细管外部的旋钮来调节毛细管高度,进而灵活方便地调节毛细管与液面的相切;②将橡胶塞改为磨口玻璃塞,保证密封性,且可以使毛细管与液面保持垂直,从而减少用橡胶塞固定毛细管所引起的误差。