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液体表面张力的测定
龚聪（同组人：郭舒隽）
2012.11.8
摘要
我们采用最大气泡压力法测定了不同浓度正丁醇溶液的表面张力，发现随着溶液浓度的升高，表面张力下降，说明正丁醇是一种表面活性物质。
引言
从毛细管鼓出空气泡时，为了克服溶液因表面张力产生的附加压力，毛细管内的压力（大气压）要高于样品管中的压力。附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比：
2p=
r
σ∆（1），其中，p ∆为附加压力；σ为表面张力；r 为气泡的曲率半径。若毛细
管很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时气泡的半径r 最大；随着气泡的形成，r 逐渐变小，直到气泡成为半球形时，r 等于毛细管的半径R ，附加压力最大，气泡进一步增大，r 变小，附加压力减小，直到气泡逸出。
最大的附加压力m ax 2=p R
σ∆（2），表面张力m ax =2
R
p σ∆（3）。
在测量过程中，我们使毛细管端面与液面相切，这样可以忽略鼓泡所需克服的静压力，表面张力可直接用式（3）计算。 对于同一支毛细管，
2
R 称为仪器常数，可用K 表示。我们用表面张力已知的标准物质
——水来测定仪器的K 值：22=
H
O
H O
K p σ∆（4）。式（3）可写为m ax =K p σ⨯∆（5）。
实验仪器与试剂
表面张力测定仪1套；100m L 容量瓶8个；500m L 烧杯一个；胶头滴管1个；洗瓶1个；碱式滴定管1支
-1
0.5mol L ⋅正丁醇溶液
实验装置如下图所示
方法
1. 正丁醇溶液的配制
分别向八支100m L 的容量瓶中加入4、8、12、16、20、28、36和40mL 的-10.5mol L ⋅正丁醇溶液，定容以配制0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.14、0.18和0.20-1mol L ⋅的待测溶液并编号0-8。 2. 仪器常数K 的测定 洗净样品管和毛细管；
样品管中装入适量蒸馏水，调节样品管液面高度，使水面与毛细管端面相切； 打开数字压力计电源开关，旋转滴液漏斗上的活塞，使系统与大气相通，按下数字压力计上的“采零”键。关闭活塞，隔绝大气，打开漏斗活塞，水沿漏斗流下，系统的压力开始减小，此时有气泡从毛细管端逸出。控制出气泡的速度，每出一个气泡，压力计读数由小变大，再由大变小，读取6~7个该过程的最大示数。 3. 测定不同浓度正丁醇水溶液的m ax p ∆
按照步骤2，从低浓度到高浓度分别测定正丁醇水溶液的m ax p ∆。更换溶液时用待测溶液润洗样品管2~3次。
4. 关闭电源，倒掉所配溶液，用蒸馏水洗涤容量瓶和样品管。整理仪器。
数据
表格 1
计算
在本次实验条件下，标准物质—水在16.4°C 下的表面张力为-3
-1
68.7410N m ⨯⋅。1
由式（4）得仪器常数22-3-4
3
68.7410
=
=
=2.18100.315010
H
O
H O
K p σ⨯⨯∆⨯
1
数据来源：《大学化学实验——有机及物理化学实验分册》（天津大学出版社）附录三，附表6-13
对5号溶液，由式（5）得-4
3-3
-1
max ==2.1810
0.236510=51.5610K p N m
σ⨯∆⨯⨯⨯⨯
⋅
按照这种计算方法分别求出其它溶液的表面张力，结果在表格1中显示。
绘制-c σ图
分析讨论
根据表格1可知，随着正丁醇溶液浓度的升高，液体的表面张力下降，这与正丁醇是一
种表面活性物质符合。
在实验过程中，毛细管尖端要和待测溶液液面垂直并相切。这是为了防止尖端没入水中，导致额外的静压力产生，压力计示数不再对应气泡产生时需要克服的表面张力。
实验结论
正丁醇是一种活性物质。我们根据最大气泡压力法测定了不同浓度的正丁醇溶液的表面张力，发现溶液的表面张力随着溶液浓度的升高而减小。
