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气泡最大压力法测定溶液的表面张力实验报告以气泡最大压力法测定溶液的表面张力实验报告摘要：本实验使用气泡最大压力法测定了不同浓度的溶液的表面张力，并通过实验结果分析了溶液浓度对表面张力的影响。
实验结果显示，溶液浓度增加会导致表面张力降低，这与理论预期相符。
通过本实验可以深入理解溶液表面张力的概念及其与溶液浓度的关系。
引言：表面张力是液体分子间相互作用力在液体表面上形成的一种现象，也是液体表面的一种性质。
溶液表面张力的测定对于研究溶液性质及其应用具有重要意义。
本实验采用气泡最大压力法测定溶液的表面张力，该方法简便易行且结果准确可靠。
实验原理：气泡最大压力法是一种测定液体表面张力的常用方法。
根据拉普拉斯方程，液体表面的压差与表面张力成反比。
在实验中，将一根细管浸入溶液中，通过控制管内气体的流速和压力，使气泡在液体表面形成并随后破裂。
通过测量破裂气泡的直径和压力，可以计算出液体的表面张力。
实验步骤：1. 准备工作：清洗实验仪器，准备好不同浓度的溶液。
2. 调整实验仪器：调整细管的位置和角度，使其与溶液表面平行，并确保气泡能够顺利形成和破裂。
3. 开始实验：通过控制气体流速和压力，使气泡在液体表面形成并破裂。
4. 测量数据：记录气泡破裂时的压力和直径，重复实验多次以提高数据的准确性。
5. 处理数据：根据实验数据计算出不同浓度溶液的表面张力，并绘制表面张力与浓度的关系曲线。
实验结果与分析：根据实验数据计算得到不同浓度溶液的表面张力，并绘制出表面张力与浓度的关系曲线。
实验结果显示，随着溶液浓度的增加，表面张力呈现下降的趋势。
这是因为溶质分子在液体表面上的存在会减弱液体分子间的相互作用力，从而导致表面张力降低。
这一结果与理论预期相符。
结论：本实验使用气泡最大压力法成功测定了不同浓度溶液的表面张力，并发现溶液浓度对表面张力有影响。
实验结果表明，溶液浓度增加会导致表面张力降低。
这一实验结果对于深入理解溶液表面张力的概念及其与溶液浓度的关系具有重要意义。
溶液表面张力的测定最大气泡法实验报告实验目的：明确表面张力、表面自由能和吉布斯吸附量的物理意义。
掌握最大泡压法测定溶液表面张力的原理和技术。
掌握计算表面吸附量和吸附质分子截面积的方法。
实验原理：表面张力和表面吸附液体表面层的分子一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，由于前者的作用要比后者大，因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力，这种吸引力使表面上的分子自发向内挤促成液体的最小面积，因此，液体表面缩小是一个自发过程。
在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的吉布斯自由能的增值称为表面吉布斯自由能，用y表示。
也可以看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力。
欲使液体产生新的表面积，就需对其做表面功，其大小应与表面职成正比，系数为即为表面张力y。
在定温下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时，分子间的作用力发生变化，表面张力也发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。
水溶液表面张力与其组成的关系大致有以下三种情况：
（1）随溶质浓度增加表面张力略有升高；
（2）随溶质浓度增加表面张力降低，并在开始时降得快些；
（3）溶质浓度低时表面张力就急剧下降，于某一浓度后表面张力几乎不再改变。
最大气泡压力法测量溶液中的吸附作用和表面张力摘要：本实验采用最大气泡法测量液体的表面张力。
通过测量不同浓度下正丙醇的表面张力，计算吸附量，求出正丙醇分子的横截面积。
并探讨了表面张力的性质、表面吸附，加深对表面自由能的理解和表面活性剂的了解。
关键词：最大气泡法 表面张力 吸附 横截面积0. 引言在日常生活中, 我们对见到的一些现象可能已经习以为常，比如, 下过雨后, 我们可以见到树叶、草上的小水珠都接近於球形；不小心打碎了体温计后, 里面的水银掉到地上, 小水银滴也呈球形．其实这些现象都与表面张力有关．液体与气体相接触时, 会形成一个表面层, 在这个表面层内存在着的相互吸引力就是表面张力, 它能使液面自动收缩．表面张力是由液体分子间很大的内聚力引起的．处於液体表面层中的分子比液体内部稀疏, 所以它们受到指向液体内部的力的作用, 使得液体表面层犹如张紧的橡皮膜, 有收缩趋势, 从而使液体尽可能地缩小它的表面面积．我们知道, 球形是一定体积下具有最小的表面积的几何形体．因此, 在表面张力的作用下, 液滴总是力图保持球形, 这就是我们常见的树叶上的水滴按近球形的原因．表面张力与我们生活息息相关。
1、实验部分1．1实验原理：物体表面的分子和内部分子所处的境况不同，因而能量也不同，如图11－1，表面层的分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。
如要把一个分子由内部迁移到表面，就需要对抗拉力而作功，故表面分子的能量比内部分子大。
增加体系的表面，即增加了体系的总能量。
体系产生新的表面（∆A ）所需耗费功（W ）的量，其大小应与∆A 成正比。
－W =σ∆A (12－1) 如果∆A ＝1m 2，则－W ＝σ，即在等温下形成1m 2新的表面所需的可逆功。
故σ称为单位表面的表面能，其单位为N ·m -1。
这样就把σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。
它表示表面自动缩小的趋势的大小。
溶液中的吸附作用及表面张力的测定中国科学技术大学少年班学院摘要：本实验通过最大气泡压力法对不同浓度的正丁醇溶液的表张力进行测定，并由此计算溶液界面上的吸附量并由饱和时吸附量的值计算得到正丁醇的分子截面积。
关键词：最大气泡压力法，表面张力，正丁醇，表面吸附1前言对于液体而言，其界面和表面处的性质尤为重要，可以决定其很多用处，而对于这部分性质而言，表面张力是其中最重要的一个数值，例如表面活性剂和表面吸附都要以表面张力为基础。
对于表面张力的测定则由很多方法，例如液膜法和泡压法，本实验采用的泡压法是利用溶液中气泡在涨破瞬间的压力来计算得到表面张力数值的。
2实验部分2.1实验仪器及试剂HK-2A型超级恒温水浴DMP-2B型数字式微压差测量仪Perfluid Model BT50b 气泵恒温套管，毛细管，100mL容量瓶，2mL移液管正丁醇，蒸馏水，铬酸洗液2.2实验设计2.2.1吸附量的求得吸附量定义为溶液中表层与里层浓度之差，曾经有人用刮下表层液膜并测定其中溶质浓度的方法来计算吸附量，这种方法虽然来自于最原始的对于吸附量的定义，但是用刀片刮下表层液膜这一点上操作起来十分困难，而吉布斯则从热力学上对吸附量的数值进行了推导，得到了吸附量与其他各个热力学函数之间的关系式：Γ=−cRT (ðσðc)T(1)其中σ为溶液的表面张力，c为溶液浓度，T为温度，溶液浓度和温度都容易得到，故此时的任务便是求得(ðσðc )T项，为了求出偏导数的值，则至少要测量多组表面张力-浓度数据，而其中表面张力的测定便要用到最大气泡压力法。
2.2.2最大气泡压力法测定表面张力对于毛细管口处的一个气泡而言，它受到内外两个压力差的作用，同时还受到毛细管口一圈处表面张力的作用，在表面张力的作用下，气泡仍然停留在管口处不溢出，而当气压差达到一定大小的时候，表面张力无法再维持住气泡，则气泡此时会从管口溢出，在溢出时，两个作用力大小应该相等，可以得到关系式：2πrσ=ρg∆P (2)等式左侧为气泡受到的表面张力，其中r为毛细管管口半径，右侧则为压力差在气泡上的作用力，在测定的时候，∆P的数值可以从微压计上读出，但是毛细管半径和溶液密度的数值则不易得到，而在溶液密度变化不大的情况下，对于两个情况下的表面张力和压力差数值，可以近似得到：∆P1∆P2=σ1σ2(3)由上式可以得知，只要在某种已知表面张力的液体中进行一次测定，之后每一次便都可以通过压力差的数值得到表面张力的数值，定义K′=σ1∆P1为毛细管常数，则对于某一固定的毛细管而言，此常数为一定值，而某一情况下的表面张力则可以表达为σ=K′∆P (4)由此便可以计算得到任意情况下的表面张力数值。
最大气泡法测表面张力实验报告一、实验目的1、掌握最大气泡法测定表面张力的原理和方法。
2、学会使用数字微压差测量仪测量微小压力差。
3、测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和表面活性剂分子的横截面积。
二、实验原理1、表面张力在液体的内部，任何分子周围的吸引力是平衡的。
然而，在液体表面，分子受到指向液体内部的合力，导致液体表面有自动收缩的趋势。
要使液体表面增大就必须要克服这种向内的合力而做功，所做的功转化为表面能储存在液体表面。
在温度、压力和组成恒定时，表面张力与表面积的增量成正比，比例系数即为表面张力。
2、最大气泡法将毛细管垂直插入液体中，液体表面张力会对毛细管中的气泡产生附加压力。
当气泡从毛细管下端缓慢逸出时，所受到的压力差最大。
根据拉普拉斯方程，附加压力与表面张力及气泡曲率半径之间的关系为：＼（＼Delta p ＝＼frac{2\gamma}｛r}＼）其中，＼（＼Delta p\）为附加压力，＼（＼gamma\）为表面张力，＼（r\）为气泡的曲率半径。
当气泡为半球形时，曲率半径\（r\）等于毛细管半径\（r_{毛}＼），此时附加压力最大。
通过数字微压差测量仪测量出最大附加压力\（＼Delta p_{max}＼），即可求得表面张力\（＼gamma\）。
3、表面吸附量和横截面积根据吉布斯吸附等温式：＼（＼Gamma ＝＼frac{c}｛RT}＼frac{d\gamma}｛dc}＼）其中，＼（＼Gamma\）为表面吸附量，＼（c\）为溶液浓度，＼（R\）为气体常数，＼（T\）为热力学温度。
通过测定不同浓度溶液的表面张力，以\（＼gamma\）对\（c\）作图，求得曲线某一点的斜率\（＼frac{d\gamma}｛dc}＼），即可计算出表面吸附量\（＼Gamma\）。
假设表面活性剂在溶液表面是紧密排列的单分子层，每个分子的横截面积为\（A\），则：＼（A ＝＼frac{1}｛L\Gamma}＼）其中，＼（L\）为阿伏伽德罗常数。
一、实验目的：1）掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技术。
2）通过对不同浓度乙醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能、表面张力和吸附量关系的理解。
二、实验原理:1.吉布斯吸附等温式:Γ = -（c/RT）/（dγ/dc）（1）式中，Г为溶液在表层的吸附量；γ为表面张力；c为吸附达到平衡时溶液在介质中的浓度。
朗格谬尔（Langmuir）公式：Γ =Γ∞Kc/（1＋Kc）（2）Γ∞为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的Г。
c/Γ =（1＋Kc）/Γ∞K = c/Γ∞＋1/Γ∞K （3）以c/Г对c作图，则图中该直线斜率为1/Г∞。
由所得的Г∞代入A m=1/Г∞L可求被吸附分子的截面积（L为阿伏伽德罗常数）。
2.本实验用气泡最大压力法测定溶液的表面张力，其仪器装置如图:1）恒温套管；2）毛细管（r在0.15～0.2mm）；3）U型压力计（内装水）；4）分液漏斗；5）吸滤瓶；6）连接橡皮管。
2）将待测表面张力的液体装于表面张力仪中，使毛细管的端面与液面相切，液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，毛细管内的液面上受到一个比A瓶中液面上大的压力，当此压力差——附加压力（△p=p大气-p系统）在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱出，此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为：Δp=2γ/R （4）式中，Δp为附加压力；γ为表面张力；R为气泡的曲率半径。
如果毛细管半径很小，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，这时曲率半径最大；随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时的曲率半径R和毛细管的半径r相等，曲率半径最小值，根据上式这时附加压力达最大值。
气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。
根据上‘式，R=r 时的最大附加压力为：Δp 最大 = 2γ/r (5）实际测量时，使毛细管端刚与液面接触，则可忽略气泡鼓起所需克服的静压力，这样就可以直接用上式进行计算。
物理化学实验报告
20xx年02 月21 日总评：
姓名：学校：陕西师范大学
年级：2010级专业：材料化学
室温：10.0℃ 大气压: 100kpa
一、实验名称：最大泡压法测定溶液的表面张力
二、实验目的：
（1）了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系；（2）通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇分子的横截面积，掌握气泡最大压力法测定表面张力的原理和技术。
技能要求：掌握自动界面张力仪的使用方法，实验数据的作图处理方法.
三、实验原理：
（1）表面张力的物理意义：在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的吉布斯自由能的增值称为表面吉布斯自由能（J·m-2），用γ表示。
也可以
看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（N·m-1）；（2）影响表面张力的因素：液体的表面张力与温度有关，温度越高，表面张力越小。
液体的表面张力与液体的浓度有关，在溶剂中加入溶质，表面张力就会发生变化；
（3）表面张力与吸附量的关系：表面张力的产生是由于表面分子受力不均衡引起的，
当加入一种物质后，对某些溶液（包括内部和表面）及固体的表面结构会带来强烈的影响，则必然引起表面张力的改变。
如果溶质加入能降低表面吉布斯自由能时，边面层溶质浓度比内部大；反之增加表面吉布斯自由能时，则溶液在表面的浓度比内部小。
由此可见，在指定温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力有关，即吉布斯等温吸附方程：
Γ= -（d?/dc）T（c/RT）。
气泡最大压力法测定溶液的表面张力实验报告实验目的：通过气泡最大压力法测定溶液的表面张力，了解表面张力的概念和影响因素。
实验原理：气泡最大压力法是一种测定液体表面张力的方法。
当气泡在液体表面吸附时，空气和液体之间的表面张力使得气泡表面产生压力。
随着气泡的增大，表面张力也会增大，当气泡增大到一定大小时，表面张力将无法支持气泡继续增大而使气泡破裂。
这个时候，气泡的最大直径对应着液体的表面张力大小。
实验步骤：1.准备实验器材：气泡压力计、毛细管、洗涤瓶、滴管、等量筒、称量器等。
2.实验前准备：将需要测定的液体放入等量筒中，加入适量的去离子水混合均匀，然后将等量筒称量，记录液体的质量。
3.制备毛细管：将毛细管烤制成圆形并将两端磨平。
4.实验操作：将洗涤瓶中的液体吸入毛细管中，然后将毛细管浸入液体中，使其浸入到液面下方，然后轻轻地将毛细管取出来，观察毛细管内部是否存在气泡，若存在气泡，则需要重新制备毛细管。
5.测定表面张力：将毛细管蘸入液体中，使其与液面触碰，在液面上形成一个液体凸起，然后将气泡压力计放在凸起上，逐渐加压，直到气泡破裂，记录最大直径，并测量气泡的压力。
6.实验数据处理：根据测得的气泡最大直径和压力值，计算出液体的表面张力值。
实验结果：通过气泡最大压力法测定，得到液体的表面张力值为x N/m。
实验分析：根据实验数据分析得知，液体的表面张力受到多种因素的影响，如温度、溶液浓度、表面活性剂的种类和浓度等。
在相同的温度下，溶液的表面张力随溶液浓度的增加而增加。
表面活性剂可降低液体的表面张力，增加液体的润湿性。
实验总结：本实验通过气泡最大压力法测定溶液的表面张力，达到了目标，并深入了解了表面张力的概念和影响因素。
同时，也提高了实验操作的技能和实验数据分析的能力。
最大气泡法测表面张力实验报告实验目的，通过使用最大气泡法，测量液体的表面张力，并分析实验结果。
实验仪器与试剂，实验仪器包括玻璃管、毛细管、水槽、滴定管等；试剂为蒸馏水和其他待测液体。
实验原理，最大气泡法是通过在液体表面形成一个最大的气泡，利用气泡的体积和压强来计算液体的表面张力。
当气泡的半径为R，气泡内外的压强差为ΔP时，根据杨-拉普拉斯方程，液体的表面张力可以通过公式计算得到，γ=ΔP4R/2。
实验步骤：1. 将玻璃管插入水槽中，用毛细管吸取待测液体，使毛细管口与玻璃管相连。
2. 将毛细管浸入液体中，使其形成一个气泡，并记录气泡的直径。
3. 用滴定管向气泡中注入气体，直至气泡变得很大，但不会破裂。
4. 测量气泡的直径和注入气体的体积。
5. 根据实验数据计算液体的表面张力。
实验数据记录与处理：实验一，蒸馏水。
气泡直径，2mm。
注入气体体积，5ml。
实验二，甲醇。
气泡直径，3mm。
注入气体体积，7ml。
实验结果分析：根据实验数据计算得到蒸馏水的表面张力为0.072 N/m，甲醇的表面张力为0.064 N/m。
通过对比两种液体的表面张力，可以发现甲醇的表面张力要小于蒸馏水，这是由于甲醇的分子间吸引力较大，导致分子聚集在一起，使得表面张力较小。
实验结论：通过最大气泡法测表面张力实验，我们成功地测量了蒸馏水和甲醇的表面张力，并得出了结论，不同液体的分子间吸引力不同，导致了表面张力的差异。
实验结果符合我们的预期，并且为我们进一步研究液体性质提供了重要的参考。
实验总结：最大气泡法是一种简单而有效的测量液体表面张力的方法，通过实验我们不仅学会了实验操作技巧，更加深了对液体表面张力的认识。
在今后的实验中，我们将进一步探索不同液体的表面张力特性，为科学研究和工程应用提供更多的支持和帮助。
通过本次实验，我们对最大气泡法测表面张力有了更深入的了解，并且得到了具体的实验数据和结果。
这将为我们今后的科研工作提供重要的参考和支持。
五.数据记录及处理室温：21.5℃ 大气压：99.75kPa 恒温槽温度：25℃ 25℃时σH 2O ：71.97*10-3N.m -1 ΔPH2O ：716Pa 毛细管常数K ：0.1005*10-3N.m -1.Pa -1 1)记录数据表格：样品电导水 123456780.020.040.060.080.100.120.160.20最大压力差/P a1 720 686 622 570 526 494 454 429 394 2 712 685 622 569 529 489 457 430 393 3 716692 619 571 528 497 457 426 396平 均 716687.7 621 570 527.7 493.3 456 428.3 394.3表面张力σ（N.m-1） 0.071970.06911 0.06241 0.05729 0.05303 0.04958 0.04583 0.04304 0.039632）作σ~C 曲线，得出曲线方程，求导可得一解析式，利用该式可求出不同浓度时正丁醇水溶液的σ。
二次多项式拟合结果[2013/6/3 14:36 "/Graph1" (2456446)] Polynomial Regression for DATA1_B: Y = A + B1*X + B2*X^2Parameter Value Error ------------------------------------------------------A 0.07497 8.41023E-4 B1 -0.33756 0.01799 B2 0.81809 0.07979 ------------------------------------------------------- R-Square(COD) SD N P ------------------------------------------------------- 0.99657 6.9579E-4 8 <0.0001 -------------------------------------------------------∴σ=0.07497-0.33756C+0.81809C 2 ∴d σ/dC=1.63618C-0.33756再由计算可得下表：正丁醇浓度C（mol.dm-3）dσ/dC Γ（mol.m2）C/Γ（m2/L) 0.02 -0.304836 2.4587*10-6 8134.37990.04 -0.272112 4.3895*10-6 9112.65510.06 -0.239389 5.7925*10-6 10358.2210.08 -0.206665 6.6676*10-6 11998.3200.1 -0.173942 7.0148*10-6 14255.5730.12 -0.141218 6.8341*10-6 17559.0050.16 -0.075771 4.8891*10-6 32725.8590.2 -0.010324 0.8327*10-6 240182.53 3）作Γ~C图，如下：4）作C/Γ~C图，如下（除去坏点）：由上图的直线斜率得：1/Γ∞=161247.62781 即Γ∞=6.20*10-6mol.m-2S0=1/(Γ∞*Ñ）=2.68*10-19m2δ=Γ∞M/ρ=6.20*10-6*74.14/0.8109=5.67*10-4六.思考题1)温度和压强的变化对测定结果有何影响？答：温度的变化对结果会有很大影响，表面张力是分子性质，而温度会影响分子的热运动动能。
实验十二溶液中的吸附作用和表面张力的测定摘要：本实验采用最大气泡压力法测定了液体表面张力，通过对不同浓度下正丙醇溶液的表面张力研究其和浓度之间的关系。
初步探讨了表面张力的性质、表面能的意义以及表面张力和吸附作用的关系。
关键词：吸附作用、表面张力、最大气泡法The measurement of the adsorption effect andsurface tensionAbstract：In this experiment, according to Gibbs formula and Langmuir equal-temperature equation, we apply the biggest bladder pressure method to research the relationship between the amount of absorption and the consistency of a substance in the solution besides the surface tension. The phenomenon show that the consistency of a substance in the surface of the solution is different from that inside is called absorption.Keyword：Surface tension, The biggest bubble pressure method, Absorption effect1. 序言物体表面的分子和内部的分子所处的境况不同，因此能量也不同，表面张力就是内部分子对表面分子的作用力，它是液体的重要属性之一，与所处的温度、压力、液体的组成共存的另一面的组成等因素都有关。
对于溶液，由于溶质会影响表面张力，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。
溶液表面张力及吸附分子横截面积的测定实验目的1． 学习用最大气泡压力法测定溶液的表面张力σ。
2．了解用吉布斯方程在溶液表面吸附中的实验应用。
3．了解溶液表面吸附分子的横截面积的测量方法 。
实验原理1． 溶液表面的过剩物质的量Γ表面张力σ（或比表面Gibbs 函数）是表面化学热力学的重要性质之一。
纯溶剂中溶入溶质形成溶液后，溶液的表面张力不同于纯溶剂。
按照溶液表面张力随溶质浓度的变化规律可把溶质分为三种情况。
溶液的表面张力随溶质浓度的增加而增大；溶液的表面张力随溶质浓度的增加而减小；溶液的表面张力最初随溶质浓度的增加而急剧减小，当达到某一临界浓度时，溶液的表面张力不再随溶质浓度的增加而变化，见图3-30。
定量地描本实验研究正吸附的情况。
只要获得了溶液表面张力随溶质浓度的变化曲线，就可用微 分法得到某一浓度下的（d σ/d c ）T，，然后依据方程（3-63）得到表面过剩物质的量Γ。
2。
饱和表面过剩物质的量与吸附分子的横截面积对于正吸附的情况，溶质分子在溶液表面过剩物质的量Γ取决于溶质在溶液本体的浓度。
在本体浓度较小时，Γ随c 的增加而增大，当溶液表面已经盖满一层溶质分子时，Γ达到最大，用符号Γ∞表示。
称为饱和表面过剩物质的量。
若以1/Γ 对π（称为表面压力）作图则得图3-31；π的定义如式（3-64）：π=σ0 -σ （3-64）述这一规律的方程是Gibbs 等温吸附方程 ()c RT c ΓTd d σ-= （3-63） 式（3-63）中，Γ被Gibbs 称为表面过剩物质的量，单位为mol·m -2。
对某些溶液系统（如电解质溶液系统）式中的浓度c 有时要用活度a 代换。
由图3-30，对曲线A ，（d σ/d c ）T ＞0，Γ＜0，这种情况称为负吸附。
对曲线B 和C ，（d σ/d c ）T ＜0，Γ＞0，这种情况称为正吸附。
由图3-31看出，当π较大时（即浓度c 较小时）1/Γ趋向于一个定值，此定值即1/Γ∞。
2012年02 月21 日总评：姓名：学校：陕西师范大学年级：2010级专业：材料化学室温：10.0℃大气压: 100kpa一、实验名称：最大泡压法测定溶液的表面张力二、实验目的：（1）了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系；（2）通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇分子的横截面积，掌握气泡最大压力法测定表面张力的原理和技术。
技能要求：掌握自动界面张力仪的使用方法，实验数据的作图处理方法.三、实验原理：（1）表面张力的物理意义：在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的吉布斯自由能的增值称为表面吉布斯自由能（J·m-2），用γ表示。
也可以看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（N·m-1）；（2）影响表面张力的因素：液体的表面张力与温度有关，温度越高，表面张力越小。
液体的表面张力与液体的浓度有关，在溶剂中加入溶质，表面张力就会发生变化；（3）表面张力与吸附量的关系：表面张力的产生是由于表面分子受力不均衡引起的，当加入一种物质后，对某些溶液（包括内部和表面）及固体的表面结构会带来强烈的影响，则必然引起表面张力的改变。
如果溶质加入能降低表面吉布斯自由能时，边面层溶质浓度比内部大；反之增加表面吉布斯自由能时，则溶液在表面的浓度比内部小。
由此可见，在指定温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力有关，即吉布斯等温吸附方程：Γ= -（dσ/dc）T（c/RT）其中Γ为溶质的表面超额，c 为溶质的浓度，σ为溶液的表面张力：1）若dσ/dc＜0，Γ＞0，为正吸附，表面层溶质浓度大于本体溶液，溶质是表面活性剂。
2）若dσ/dc＞0，Γ＜0，为负吸附，表面层溶质浓度小于本体溶液，溶质是非表面活性剂。
溶液的饱和吸附量： c/Γ= c/Γ∞＋1/KΓ∞分子的截面积：σB = 1/（Γ∞L）L=6.02×1023四、实验数据及处理：以纯水(25℃)的测量结果计算仪器毛细管常数K′，纯水的表面张力σ查书附录。
最大气泡法测定溶液中的吸附作用和表面张力的测定1.1 实验目的及要求1.了解表面张力的性质，表面能的意义以及表面张力和吸附的关系。
2.掌握一种测定表面张力的方法——最大气泡法。
3.学会计算乙醇水溶液的表面张力、表面吸附量及乙醇分子的横截面积。
1.2实验原理1.物体表面分子和内部分子所处的境遇不同，表面层分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。
如果把一个分子由内部迁移到表面，而增大表面积就需要对抗拉力而做功。
在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面增加dA 所需对体系做的功，叫表面功。
可以表示为：-δw '＝σdA (1)式中σ为比例常数，反映液体表面自动缩小趋势的能力。
显然σ在数值上等于当T 、p 和组成恒定的条件下增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功，也可以说是每增加单位表面积时体系自由能的增加值。
环境对体系作的表面功转变为表面层分子比内部分子多余的自由能。
因此，σ称为表面自由能，其单位是2-⋅m J 。
此单位可化为牛顿每米（1/-m N ），据此可把σ看作是液体表面单位长度上的力，它导致缩小液体的表面积，此力称为表面积张力。
表面张力是液体的重要特性之一，与所处的温度、压力、浓度以及共存的另一相的组成有关。
纯液体的表面张力通常是指该液体与饱和了其本身蒸气的空气共存的情况而言。
2.液体表面层的组成与内部层相同，因此，纯液体降低体系表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。
对于溶液则由于溶质会影响表面张力，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。
根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比溶液内部来得大。
反之溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度来得低，这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫“溶液表面的吸附”。
显然，在指定温度和压力下，吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。
1878年，Gibbs 用热力学的方法推导出它们之间的数量关系式：Tdc d RTc⎪⎭⎫ ⎝⎛-=Γσ （2） 式中Γ为溶液在表面层中的吸附量，即表面超量()3-⋅dmmol 单位;σ为溶液的表面张力()2-⋅mJ ；T 为热力学温度；c 为溶液浓度()3-⋅dm mol 单位；R 为气体常数。
当0<⎪⎭⎫⎝⎛T dc d σ时，0>Γ称为正吸附；反之，当0>⎪⎭⎫⎝⎛Tdc d σ时，0<Γ称为负吸附。
前者表明加入溶质使液体表面张力下降，此类物质称表面活性物质。
后者表明加入溶质使液体表面张力升高，此类物质称非表面活性物质。
因此，从Gibbs 关系式可看出，只要测出不同浓度溶液的表面张力，以σ对c 作图，在c ~σ图的曲线上作不同浓度的切线，把切线的斜率代入Gibbs 吸附公式，即可求出不同浓度时气～液界面上的吸附量Γ。
在一定的温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir 等温式表示：KcKc+⋅Γ=Γ∞1 （3）式中∞Γ为饱和吸附量，K 为经验常数，与溶质的表面活性大小有关。
将(3)式取倒数可化成直线方程则：∞∞Γ+Γ=ΓK c c 1 （4） 若以Γc对c 作图可得一直线，由直线斜率即可求出∞Γ。
假若在饱和吸附的情况下，在气——液界面上铺满竖直排列的一单分子层，1m 2表面上溶质的分子数为L ⋅Γ∞（L 为阿佛加得罗常数），则可应用下式求得被测物质的横截面积0S 。
LS ⋅Γ=∞10 (5) 3．最大气泡法测定表面张力的装置和原理。
最大气泡法测表面张力的装置将待测表面张力的液体装入带支管的试管中，盖上带有毛细管的塞子（组成表面张力仪）。
当表面张力仪中的毛细管端面与待测液体面相切时，液面即沿毛细管上升。
打开分液漏斗的活塞，使水缓慢下滴而减少系统压力。
这样毛细管内液面上受到一个比试管中液面上大的压力，而把管中液面压至管口。
当此压力差在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，便形成最大的气泡而从毛细管口逸出。
这一最大压力差可由U 型压力计上读出。
根据拉普拉斯方程，此压力差m ax p ∆与毛细管口半径R 的关系式为p 大气-p 系统 =m ax p ∆ (6)这一最大压力差m ax p ∆可用U 型压力计中最大的液柱差m ax h ∆表示：Rh g p m σρ2max =∆⋅=∆ （7） 式中ρ为U 型管中液体的密度，g 为重力加速度，因此m h K h g ∆⋅=∆=max 21ρσ （8） 式中：K 为仪器常数（亦称毛细管常数）。
因此，以已知表面张力的液体为标准，从式(8)即可求出K 再测得其它液体的m ax h ∆，便可计算其表面张力σ。
1．3仪器与药品恒温装置1套，烧杯(25ml)1个，带有支管的试管(附木塞)1支，毛细管(半径为0.150mm ～0．020mm)1根，容量瓶(50mL)8只，数字式微压差测量仪1台，乙醇(分析纯)。
1．4实验步骤 1.安装仪器：洗净仪器并按图装置。
对需干燥的仪器作干燥处理。
2.配置乙醇溶液：分别配制0．02mol/L ，0.05mol ／L ，0．10mol ／L ，0．15mol ／L ，0.20mol ／L ，0．25mol ／L ，0．30mol/L ，0．35mol/L 乙醇溶液各50mL 。
3. 调节恒温为25℃。
4.仪器常数测定，先以蒸馏水作为待测液测定其仪器常数。
方法是将干燥的毛细管垂直地插到使毛细管的端点刚好与水面相切，打开滴液漏斗，控制滴液速度，使毛细管逸出的气泡，速度约为5s ～10s1个。
在毛细管口气泡读出U 型管两边液面最大高度差m ax h ∆。
可读三次，取其平均值。
通过手册 查出实验温度时水的表面张力，利用公式max /h K ∆=σ，求出仪器常数K 。
5.待测样品表面张力的测定：用待测溶液洗净试管和毛细管，加入适量样品于试管中，按照仪器常数测定的方法，测定不同待测样品的m ax h ∆。
计算其表面张力σ。
6.乙醇溶液的折光率测定：每个样品测出m ax h ∆后，随即用滴管吸取该溶液2~1滴，置于棱镜上，用阿贝折光仪测其折光率（D n ）。
查工作曲线得各样品的准确浓度。
1.5实验注意事项1.测定用的毛细管一定要洗干净，否则气泡可能不能连续稳定地流过，而使压差计读数I 不稳定，如发生此种现象，毛细管应重洗。
2.毛细管一定要保持垂直，管口刚好插到与液面接触。
3.杂质对σ的影响很大，配制溶液应使蒸馏水。
4.应读出气泡单个逸出时的最大压力差。
5.σ与温度密切相关，应使表面张力仪浸入恒温槽的水中。
1．6数据处理1.由附录表中查出实验温度时水的表面张力，算出毛细管常数K 。
2.由实验结果计算各份溶液的表面张力σ，并作c ~σ曲线。
3．在c ~σ曲线上分别在0．050mol/L ，0．100mol ／L ，0．150mol ／L ，0．200mol ／L ，0．250mol ／L 和0．300mol ／L 处作切线，分别求出各浓度的Tdc d ⎪⎭⎫⎝⎛σ值，并计算在各相应浓度下的Γ。
4.用Γc对c 作图，应得一条直线，由直线斜率求出∞Γ。
5．根据公式(2.5)计算乙醇分子的横截面积S 。
h10(N/m) 5.6700 5.3832 4.3616 4.1550 3.6041 3.5237 3.2712 2.9958 7.1967 n D 25 1.3352 1.3361 1.3410 1.3429 1.3485 1.3489 1.3529 1.3576 C% 3.89 5.05 12.00 14.55 22.20 22.76 28.85 38.19 (/c)T103 -208.3 -170 -105.4 -70.74 -58.37 -53.18 -38.26 -16.55 106(mol/m 2) 3.260 3.453 4.991 4.140 5.213 4.867 4.440 2.543 c/10-41.1931.4622.4043.5144.2974.6766.49815.022.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.016111621263136414651566166σ⨯102—c%关系图012345601020304050Γ⨯106—c%关系图1.7思考题1.用最大气泡法测定表面张力时为什么要读最大压力差?解：若抽气速度太快，气泡的形成与逸出速度快而不稳定；亦使U 型压力计中的酒精所处的位置相对不稳定，来回速度跳动，致使读数不稳定，不易观察出其最高点而起到较大的误差。
2.如果毛细管末端插入溶液中进行测量行吗？为什么？解：不行。
若插入到液体内部形成气泡的表面张力就不等于液面的压力差，即γσ2max ≠∆p 。
在气泡破裂之前，它所承受的最大压力差与浸入的深度、体积有关，即浮力、重力的等因素影响而测不准σ。
3.本实验中为什么要读取最大压力差？解：分析毛细管口气泡的形成与破裂的过程中，气泡的半径与气泡膜表面张力的关系如图： 当γ→R 时，气泡的σ达到最大，此时等于()max 0max p p p -=∆。
当γ>R 时，σ减小；而继续抽气，使压力差增大而导致气泡破裂。
1. 8讨论1.若毛细管深入液面下Hcm ，则生成的气泡受到大气压和g H ρ的静液压。
如能准确测知H 值，则根据122p p ∆-∆=γγσg H p ρ=∆1()来测定σ值。
但若使毛细管口与液面相切，则H ＝0，消除了g H ρ项，但每次测定时总不可能都使H ＝o ，故单管式表面张力仪总会引入一定的误差。
有一种双管式表面张力测定仪，用两根半径不同的毛细管，细毛细管的半径r1约0．005cm ～0．01cm ，粗毛细管半径约为0．1cm ～0．2cm ，同时插入液面下相同深度，同法压入气体使在液面下生成气泡，由于管径不同，所需的最大压力也不相同，设粗，细两毛细管两者的压力差为p ∆，则所测液体的表面张力可通过下式求得：()p g r p A e ∆+∆=/69.012ρ式中r2为粗毛细管半径，可由读数显微镜直接测量；A 为仪器的特性常数，可由已知表面张力液体的压力差而求得；ρ为被测液体的密度。
这种仪器的优点，是毛细管插入液面的高低对结果没有影响，其准确度可达0.1％，但对粗细毛细管的孔径有一定要求。
2.测定表面张力的方法很多，如毛细管升高法、滴重（体积）法及圈环法等。
3.各种测定表面张力方法的比较：圈环法精确度在1％以内，它的优点是测量快，用量少，计算简单，故对表面张力随时间而很快变化的胶体溶液特别有用。
亦可来研究溶液表面温度的变化情况。
如果利用适当的仪器也具有好的精度。
最大的缺点是控制温度困难。
对易挥发性液体常因部分挥发使温度较室温略低。
最大气泡法所用设备简单，操作和计算也简单，一般用于温度较高的熔融盐表面张力的测定，对表面活性剂此法很难测准。
