浙江万里学院生物与环境学院
化学工程实验技术实验报告
实验名称：溶液表面张力的测定
（1）实验目的
1、掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术
2、通过对不同浓度正丁醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能和表面吸附量关系的理解
3、学习使用Matlab处理实验数据
（2）实验原理
1、表面自由能：从热力学观点看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使
体系总的自由能减小的过程。如欲使液体产生新的表面A ∆，则需要对其做功。功的大小应与A ∆成正比：-W=σA ∆
2、 溶液的表面吸附：根据能量最低原理，溶质能降低溶液的表面张力时，表面层中溶
质的浓度应比溶液内部大，反之，溶质使溶液的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低。这种表面浓度与溶液里面浓度不同的现象叫“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。Gibbs 用热力学的
方法推导出它们间的关系式 T c
RT c )(∂∂-=Γσ
(1)当0
<⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂T c σ时，Γ>0，溶质能减少溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附，此类物质叫表
面活性物质。（2）当0>⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂T
c σ时，Γ<0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶液表面
层的浓度小于内部的浓度，称为负吸附，此类物质叫非表面活性物质。由
T
c RT c )(∂∂-
=Γσ
可知：通过测定溶液的浓度随表面张力的变化关系可以求得不同浓
度下溶液的表面吸附量。
3、 饱和吸附与溶质分子的横截面积：吸附量Γ浓度c 之间的关系，有Langmuir
等温方程式表示：c
K c
K ·1·+Γ=Γ∞
4、 最大泡压法：
（3） 实验装置与流程：将燃烧热实验的主要设备、仪器和仪表等
按编号顺序添入图下面相应位置：
图11－4 最大气泡法测表面张力装置
1． 恒温套管 2． 毛细管 3．数字式微压差测量仪 4． 滴液瓶 5． 烧杯 6．连接橡皮管
（4） 简述实验所需测定参数及其测定方法：
1、测定各浓度试剂在25℃的压强，
2、根据σ/∆P=K ，可用蒸馏水的压强差求出K 值，也就是毛细管常数。
3、根据σ/∆P=K ，可求出各浓度的σ值。
4、通过excel 作c σ-图，作c -c
Γ
图，可根据Г∞=1/K ，求出饱和吸附量的值。
（5） 实验操作要点：
溶液浓度的准确性和所用毛细管、恒温套管的清洁程度。因此除事先用热的洗液清洗它们以外，每改变一次测量溶液必须用待测的溶液反复洗涤它们，以保证所测量的溶液表面张力与实际溶液的浓度相一致。并控制好出泡速度、平稳地重复出现压力差。而不允许气泡一连串地出。洗涤毛细管时切勿碰破其尖端，影响测量。温度对该实验的测量影响也比较大，实验中请注意观察恒温水浴的温度，溶液加入测量管后恒温10min 后再进行读数测量。
二、 实验操作及原始数据表（20分）
1、 记录数据表格：
2、25℃时水的表面张力为σ＝71.97×10-3N ·m -1，以σ/∆P=K 求出所使用的毛细管常数。
K=P ∆σ=422
.01097.713
-⨯-= -0. 1705 三、 数据处理结果（30分）
作正丁醇的c σ-图
作正丁醇吸附等温线
Г∞正丁醇饱和吸附量
Г∞正丁醇饱和吸附量：Г∞=1/K=1÷0.7372=1.356
正丁醇分子截面积So=1/Г∞~
N (~
N 为阿佛加得罗常数)。 So=1/Г∞~
N =0.7372⨯6.02⨯1023=4.438⨯1023
σ2= K ×∆P 2= - 0.1705×-0.470=80.14×10-3N ·m -1 σ3= K ×∆P 3= - 0.1705×-0.445=75.87×10-3N ·m -1 σ4= K ×∆P 4= - 0.1705×-0.397=67.69×10-3N ·m -1 σ5= K ×∆P 5= - 0.1705×-0.378=64.45×10-3N ·m -1
σ6= K ×∆P 6= - 0.1705×-0.331=56.44×10-3N ·m -1 σ7= K ×∆P 7= - 0.1705×-0.313=53.37×10-3N ·m -1 σ8= K ×∆P 8= - 0.1705×-0.285=48.59×10-3N ·m -1
T c
RT c )(2∂∂-
=Γσ
=63.79×105-mol ·m -2
四、 思考讨论题（20分）
1. 溶液表面上的“吸附”现象是怎样表现的？为什么会出现溶液表面的吸附现象？
答：在溶液的表面层中的物质浓度与溶液内部物质浓度不同的现象叫“吸附”。 出现表面吸附现象的原因是能量最低原理
2. 液体的表面张力大小与哪些因素有关？
答：与该液体所处的温度、压力、液体的组成以及与之共存的另一相的组成有
3. 用最大气泡压力法来测量表面张力时，毛细管尖端为何要刚好接触液面？ 答：如果毛细管尖端插入液下，会造成压力不只是液体表面的张力，还有插入部分液体的压力。
4. 本实验结果准确与否关键决定哪些因素？
答：本实验结果准确的关键在于仪器必须洗涤清洁，毛细管应保垂直，其端部应保持平整，溶液恒温后，体积略有改变，应注意毛细管平面与液面接触处要相切。控制好出泡速度、平稳地重复出现压力差。
5. 本实验在数据处理过程中引入误差较大的处理是什么？
答：通过作图获得T c ⎪⎭⎫
⎝⎛∂∂σ：1、将实验点连成平滑的曲线；2、过曲线上点作曲线
的切线；3、由切线的斜率得到偏导数的值。
