水+醇二元體系表面性質(zhì)研究【畢業(yè)設計】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設計</b></p><p><b>　　（20 屆）</b></p><p>　　水+醇二元體系表面性質(zhì)研究</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 化學工程與工藝

2、 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p>　　摘要: 采用自動界面張力儀分別測定甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇與水

3、成的四個二元體系在298.15K，303.15K，308.15K三種溫度下的表面張力分析并計算了這四個二元體系在上述三個溫度下的過量表面張力，進行了不同溫度下的作圖對比。從分子相互作用角度討論了這些二元體系表面性質(zhì)的變化規(guī)律。</p><p>　　關(guān)鍵詞:二元體系；表面張力。</p><p>　　Abstract: The automatic determination of interf

4、acial tension apparatus were methanol, ethanol, propanol, isopropyl alcohol and water into the four binary systems 298.15K, 303.15K, 308.15K three temperatures, and calculated the surface tension of this Four binary syst

5、ems over the three temperatures the surface tension, were compared under different temperature mapping. Discussed in terms of molecular interactions of these surface properties of binary systems were studied. Keyword

6、s: component </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘要2</b></p><p><b>　　緒論5</b></p><p>　　1.1 表面張力的介紹5</p><p>　　1.2 選題的背

7、景與意義5</p><p>　　2.1實驗試劑與儀器6</p><p>　　2.11實驗試劑6</p><p>　　2.1.2儀器及玻璃器皿6</p><p>　　2.2 溶液的配制6</p><p>　　2.2.2乙醇溶液7</p><p>　　2.2.3 正丙醇溶液

8、8</p><p><b>　　2.3 實驗內(nèi)容</b></p><p><b>　　9</b></p><p>　　2.4 實驗測定方法9</p><p>　　2.4.1 實驗儀器-自動界面張力儀9</p><p>　　2.4.2 實驗步驟9</p>

9、;<p>　　3 結(jié)果與分析10</p><p>　　3.1 實驗數(shù)據(jù)10</p><p>　　3.1.1 表面張力的測定10</p><p>　　3.2 結(jié)果與討論14</p><p><b>　　結(jié)論15</b></p><p>　　致 謝錯誤!未定義書簽。

10、</p><p><b>　　參考文獻16</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1 表面張力的介紹</p><p>　　液體表面層由于分子引力不均衡而產(chǎn)生的沿表面作用于任一界線上的張力。通常，由于環(huán)境不同，處于界面的分子與處于相本體內(nèi)的分子所受力是不同的。在

11、水內(nèi)部的一個水分子受到周圍水分子的作用力的合力為0，但在表面的一個水分子卻不如此。因上層空間氣相分子對它的吸引力小于內(nèi)部液相分子對它的吸引力，所以該分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液體內(nèi)部，結(jié)果導致液體表面具有自動縮小的趨勢，這種收縮力稱為表面張力。表面張力是液體重要的物理性質(zhì)參數(shù)，是影響各種化學反應和生物反應的關(guān)鍵因素之一，也是化學工程計算中必不可少的基礎物性參數(shù)。表面張力無法直接通過熱力學微分關(guān)系式從狀態(tài)方程導出，精確可靠的

12、表面張力實驗數(shù)據(jù)只能通過精密測量得到[3]。</p><p>　　表面張力的測定方法分靜態(tài)法和動態(tài)法。靜態(tài)法主要有毛細管上升法、最大氣泡壓力法、DuNouy吊環(huán)法、Wilhelmy吊片法、滴重法和滴體積法等；動態(tài)法有旋滴法、震蕩射流法和懸滴法等。</p><p>　　1.2 選題的背景與意義</p><p>　　表面張力是重要的熱物性參數(shù)之一，與諸多工業(yè)領(lǐng)域密切相關(guān)

13、，如礦物浮選、化工生產(chǎn)、食品藥品加工、制冷工程等；目前已有多種計算表面張力的理論方法，其中密度梯度理論考慮了流體界面密度的梯度變化以及分子分布的不均勻性，概念清晰簡潔、計算精度高，受到了廣泛關(guān)注。醇類物質(zhì)及其混合物有著廣泛的應用，不僅被用于制造新型替代燃料，化纖生產(chǎn)等的重要原料，由于其對有機物的優(yōu)良溶解性，也被應用于萃取、精餾等化工過程。而含醇混合體系由于氫鍵作用均為締合體系，具有高度非理想性，因此對其熱物性的描述具有相當難度。如何預測

14、這類特殊體系的表面張力是學者們關(guān)注的重要學術(shù)問題之一，將密度梯度理論的擴展到該類體系，對于完善理論方法有重要意義。</p><p>　　通常，由于環(huán)境不同，處于界面的分子與處于相本體內(nèi)的分子所受力是不同的。在水內(nèi)部的一個水分子受到周圍水分子的作用力的合力為零，但在表面的一個水分子卻不如此。因上層空間氣相分子對它的吸引力小于內(nèi)部液相分子對它的吸引力，所以該分子所受合力不等于零，其合力方向垂直指向液體內(nèi)部，結(jié)果導致液

15、體表面具有自動縮小的趨勢，這種收縮力稱為表面張力。將水分散成霧滴，即擴大其表面，有許多內(nèi)部水分子移到表面，就必須克服這種力對體系做功——表面功。顯然這樣的分散體系便儲存著較多的表面能。</p><p><b>　　實驗部分</b></p><p>　　2.1實驗試劑與儀器</p><p><b>　　2.11實驗試劑</b>

16、;</p><p>　　甲醇，乙醇，正丙醇，異丙醇均為分析純，分別由中國杭州化學試劑有限公司，國藥集團化學試劑有限公司，浙江臨安青山化工試劑廠有限公司提供。各純物質(zhì)的部分物性見表2-1。</p><p>　　表2-1 純物質(zhì)在20℃的物性[14]</p><p><b>　　儀器及玻璃器皿</b></p><p>　　F

17、A1004型電子天平，精確度為±0.0001g；S.C.101型鼓風電熱恒溫干燥箱；76-1A型玻璃恒溫水浴；ZL-2100型自動界面張力儀，準確度為0.3mN/m；燒杯；錐形瓶；移液管；洗耳球；酒精燈。</p><p>　　2.2 溶液的配制</p><p>　　先確定實驗所需混合溶液的體積，再估算溶液大概的質(zhì)量。計算出理論摩爾比情況下兩混合組分各自的質(zhì)量。用電子分析天平

18、稱出錐形瓶的質(zhì)量，清零（帶瓶），加入第一組分后稱重（加入組分的質(zhì)量要跟理論計算的數(shù)值相近），記錄數(shù)據(jù)A，清零（帶瓶），加入第二組分后稱重，記錄數(shù)據(jù)B。根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)A、B及組分的摩爾質(zhì)量，可以得出所配混合溶液的實際摩爾分率，重復操作。</p><p>　　2.2.1 甲醇溶液</p><p>　　表2-2 甲醇溶液的摩爾分率</p><p><b>　

19、　乙醇溶液</b></p><p>　　表2-3 乙醇溶液的摩爾分率</p><p>　　2.2.3 正丙醇溶液</p><p>　　表2-3丙醇溶液的摩爾分率</p><p>　　2.2.4 異丙醇溶液</p><p>　　表2-4異醇溶液的摩爾分率</p><p><b

20、>　　2.3 實驗內(nèi)容</b></p><p>　　分別測定甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇與蒸餾水組成的二元體系在不同的組成和溫度下的表面張力，分析并計算體系的表面性質(zhì)和過量性質(zhì)及其它相關(guān)性質(zhì)，從分子相互作用角度討論這些二元體系性質(zhì)的變化規(guī)律。</p><p>　　2.4 實驗測定方法</p><p>　　2.4.1 實驗儀器-自動界面張力儀&l

21、t;/p><p>　　測量液體表面張力的方法有多種，如毛細管上升法、最大氣泡壓力法、吊環(huán)法/吊片法、滴重法/滴體積法、振蕩射流法、懸滴法[4]。吊環(huán)法具有操作簡單,精度高的優(yōu)點。本實驗就采取吊環(huán)法。為了方便，可以持續(xù)、自動的測量和記錄數(shù)據(jù)，我們使用ZL-2100型自動界面張力儀。該儀器采用了微處理機技術(shù)，大屏幕彩色LCD中文顯示及自動打印測試結(jié)果，自動化程度高，人機對話能力強。該儀器是石油、化工、電力等行業(yè)進行表面張

22、力測量的一代新產(chǎn)品。</p><p>　　2.4.2 實驗步驟</p><p>　　（1）配制不同組成的甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇與水組成的二元體系溶液。</p><p>　?。?）對自動界面張力儀進行儀器校正、參數(shù)設定，要保證鉑環(huán)為圓形，并與其相連的絲保持垂直。 </p><p>　?。?）將恒溫水浴調(diào)整到規(guī)定的溫度，把裝好試樣的錐形瓶浸

23、在恒溫水浴中恒溫15分鐘，試驗的溫度必須保持恒定到±0.1℃。</p><p>　　（4）取出錐形瓶并將試樣倒入樣品杯，根據(jù)自動界面張力儀的提示測量表面張力，并記錄下來。</p><p>　?。?）重復上述測定至少3次。</p><p><b>　　結(jié)果與分析</b></p><p><b>　　3.

24、1 實驗數(shù)據(jù)</b></p><p>　　3.1.1 表面張力的測定 </p><p>　　根據(jù)上述方法分別測定甲醇、乙醇、正丙醇、異丙醇與水組成的四個二元混合溶液的表面張力。為了測定表面張力。測定數(shù)據(jù)列于表3-1~3-4并作出相應的關(guān)系圖：圖3-1~圖3-4。</p><p>　　表3-1 甲醇（1）+水（2）二元體系的表面張力</p>

25、<p>　　圖3-1 甲醇（1）+水（2）二元體系</p><p>　　表3-2已醇（1）+水（2）二元體系的表面張力</p><p>　　圖3-2已醇（1）+水（2）二元體系</p><p>　　表3-3正丙醇（1）+水（2）二元體系的表面張力</p><p>　　圖3-3正丙醇（1）+水（2）二元體系</p>

26、<p>　　表3-4 異丙醇（1）+水（2）二元體系的表面張力 </p><p>　　圖3-4異丙醇（1）+水（2）二元體系</p><p>　　3.2 結(jié)果與討論</p><p>　?。?）實驗所測溶液的表面張力在不同摩爾分率下與溫度的相關(guān)性不同。當摩爾分率很低時，表面張力大小受溫度影響不大；溫度升高時，表面張力緩慢減小。當摩爾分率增加到某個特定范圍時

27、，表面張力在某個溫度下會出現(xiàn)最小值；大于該溫度時，表面張力隨溫度升高而增大。</p><p>　?。?）在同一溫度下，四個二元體系的表面張力隨著醇的摩爾分率的增加而減小，即表面張力與摩爾分率呈負相關(guān)性，醇摩爾分率較低的溶液其表面張力較大。</p><p>　　表面張力一般隨溫度的升高而減小。由于溫度升高時，物質(zhì)的體積膨脹，分子間的距離增加，分子間的相互作用減弱。當溫度趨于臨界溫度時，飽和液

28、體與飽和蒸氣的性質(zhì)趨于一致，相界面趨于消失，此時液體的表面張力趨于零。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　在同一溫度下，實驗研究的4種醇（甲醇，乙醇，正丙醇，異丙醇）與水組成的二元體系溶液的表面張力隨濃度的增加而減小，即表面張力與濃度呈負相關(guān)性，醇濃度低的溶液其表面張力較大。 </p><p>　　隨著

29、醇類中碳原子個數(shù)的增加，表面張力與溫度的正相關(guān)性更為明顯。同時甲醇乙醇水溶液在一定溫度范圍內(nèi)，表面張力是隨著溫度的升高而增加。正丙醇與異丙醇水溶液在一定溫度范圍內(nèi)的表面張力是隨著溫度的增加而減少。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]李勇慧，黃建濱，王傳忠，楊榕，李潤鍇《短碳鏈醇／水混合溶劑中表面活性劑的表面性質(zhì)》 《化學學報》 2

30、001年第59卷</p><p>　　[2]陳樹大，胡新根， 潘富敏 ，林瑞森，方文軍《氨基苯甲酸異構(gòu)體在水一乙醇混合溶劑中的離解焓和熵》 《化學學報》 2001年第59期，1089-1095</p><p>　　[3]閔琪 段遠源 林鴻 宋藝新《含醇二元體系表面張力預測模型舞》 </p><p>　　[4]楊宇平，王農(nóng)《幾種醇溶液表面張力的測定與分析》 (蘭州

31、交通大學化學與生物工程學院，甘肅蘭州730070)</p><p>　　[5]歐陽鋼鋒，陸貴增，楊洋溢，黃鐘奇《鄰、問、對二甲苯+醇體系的表面張力和黏度》 (中山大學化學與化學工程學院，廣東廣州510275)</p><p>　　[6]三監(jiān)，王益，宮清濤，籃監(jiān)，趙濉，俞稼鏞 《烷基醇聚氧乙烯醚羧酸鈉水溶液的動態(tài)表面張力及泡沫性能的研究》 (中國科學院理化技術(shù)研究所，北京，100080)&l

32、t;/p><p>　　[7]顧飛燕 《哌嗪-N- 乙基哌嗪體系和水-N- 乙基哌嗪體系汽液平衡的研究》 （浙江大學材料和化工學院浙江 杭州 310027）</p><p>　　[8]王曉 春吳 江勇 黃鳳興 于芳 高文驥《烷基醇醚羧酸鈉體系的表面活性和泡沫性能》 《精細石油化工》第27卷 第2期 2010年3月</p><p>　　[9]陶紅，林雪燕，陳樹大《乙醇+

33、N-甲基哌嗪二元溶液的粘度性質(zhì)》</p><p>　　[11]奚新國,Pu Chen.表面張力測定方法的現(xiàn)狀與進展[J].鹽城工學院學報(自然科學版).2008,21(3):1～4.</p><p>　　[12] 尹東霞,馬沛生,夏淑倩.液體表面張力測定方法的研究進展[J].科技通報.2007,23(3):424～433.</p><p>　　[13] 程傳煊.

34、表面物理化學[M].北京:科學技術(shù)文獻出版社,1995. </p><p>　　[14] 李艷紅,王升寶,常麗萍.表(界)面張力測定方法的研究進展[J].日用化學工業(yè).2007,37(2):102～106.</p><p>　　[15] 于軍勝,唐季安.表(界)面張力測定方法的進展[J].化學通報.1997,60(11):11～15.</p><p>　　[16]