最大气泡法数据及处理

最大气泡压力法实验报告1 实验目的1.测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力。

2.根据吉布斯公式计算正丁醇溶液的表面吸附量。

3.掌握用最大气泡法测定表面张力的原理和技术。

2 实验原理液体表面层的分子受内层分子的吸引与受表面层外介质的吸引并不相同，处于不平衡状态，具有较大势能，如欲使液体产生新的表面，就需要对其做功。

可逆地使表面积增加dA 所需作的功为−δW = ydA,(1)比例系数y 表示在等温等压下形成单位表面所需的可逆功，其数值等于作用在界面上每单位长度边缘的力，称为表面张力。

纯液体降低表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。

对于溶液，由于溶质使溶剂表面张力发生变化，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，表面层溶质的浓度比溶液内部大; 反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，表面层溶质的浓度比内部的浓度低（溶液的表面吸附）。

它们之间的关系遵守吉布斯公式式中Γ 为表面吸附量mol·m²,y 为表面张力N·m²本实验采用最大气泡法测定表面张力。

降低毛细管外压力，则气泡将自管口内壁逐渐形成，见下图。

开始时形成的气泡曲率半径很大，随后半径逐渐变小，泡内外的压力差逐渐增加。

当形成的气泡刚好是半球形时半径最小，泡内外压力差达到最大值。

此后半径又逐渐变大，压力差逐渐下降，从而使气流冲入气泡内最终将其吹离管口。

在此过程中，最大压力差记为∆p，气泡呈半球形时的半径为r，由Young-Laplace 方程有：式中的K 值对同一支毛细管及同一种压力计介质是常数，称作仪器常数。

由已知表面张力的液体作标准求出常数K3 实验操作1.溶液配制用容量瓶及所给正丁醇水溶液配制浓度分别为0.3、0.25、0.2、0.15、0.1、0.05、0.025 mol·dm−3 的正丁醇水溶液。

2.测定仪器常数充分洗净大试管4 及毛细管1，在大试管中注入适量的去离子水，使毛细管端口刚好和液面垂直相切。

最⼤泡压法测定溶液的表⾯张⼒（泡压法、滴重法、⽑细管升⾼法）表⾯张⼒的测定——最⼤⽓泡压⼒法、滴重法、⽑细管升⾼法⼀、实验原理：1.最⼤⽓泡压⼒法测定表⾯张⼒（装置如下图所⽰）：其中，B是管端为⽑细管的玻璃管，与液⾯相切。

⽑细管中⼤⽓压为P0。

试管A中⽓压为P，当打开活塞E时，C中的⽔流出，体系压⼒P逐渐减⼩，逐渐把⽑细管液⾯压⾄管⼝，形成⽓泡。

当⽓泡在⽑细管⼝逐渐长⼤时，其曲率半径逐渐变⼩，⽓泡达最⼤时便会破裂。

此时⽓泡的曲率半径最⼩，即等于⽑细管半径r，⽓泡承受的压⼒差也最⼤△P=P0-P=2γ/r 此压⼒差可由压⼒计D读出，故γ=r△P/2若⽤同⼀⽀⽑细管测两种不同液体，其表⾯张⼒分别为γ1、γ2，压⼒计测得压⼒差分别为△P1、△P2则：γ1/γ2=△P1/△P2若其中⼀种液体的γ已知，例如⽔，则另⼀种液体的表⾯张⼒可由上式求得。

2．⽑细管⾝升⾼法（装置如下图所⽰）：⽑细管法测定表⾯张⼒仪器⽑细管表⾯张⼒⽰意图当⼀根洁净的，⽆油脂的⽑细管浸进液体，液体在⽑细管内升⾼到h⾼度。

在平衡时，⽑细管中液柱重量与表⾯张⼒关系为：2πσrcosθ=πr2gdhσ=gdhr/2cosθ（1）如果液体对玻璃润湿，θ=0，cosθ=1（对于很多液体是这样情况），则：σ=gdhr/2 （2）式中σ为表⾯张⼒；g为重⼒加速度；d为液体密度；r为⽑细管半径。

上式忽略了液体弯⽉⾯。

如果弯⽉⾯很⼩，可以考虑为半球形，则体积应为：πr3 -2/3πr3 =1/3πr3从（2）可得：σ=gdr/2（h+1/3r）（3）更精确些，可假定弯⽉⾯为⼀椭圆球。

（3）式应变为：σ=gdhr/2（1+1/3（r/h）-0.1288（r/h）2+0.1312（r/h）3）（4）3. 滴重法（装置如右图所⽰）：从图中可看出，当达到平衡时，从外半径为r的⽑细管滴下的液体重量应等于⽑细管周边乘以表⾯张⼒，即：mg=2πσr （5）式中m为液滴质量；r为⽑细管外半径；σ为表⾯张⼒；g为重⼒加速度。

实验七 溶液表面张力的测定——最大气泡压力法一． 实验目的1. 用最大气泡法测定不同浓度乙醇溶液的表面张力。

2. 了解表面张力的性质, 表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系。

3. 学会镜面法作切线的方法。

二． 实验原理用本法测定[乙醇, 水]溶液的数据对[σ, c], 作图将c-σ曲线在不同浓度的斜率 T 代入吉布斯等温吸附式:Γ=﹣c RT c σ∂⎛⎫ ⎪∂⎝⎭T 求出相应的吉布斯吸附量Γ；按朗格茂尔等温吸附变形公式:c 1c α∞∞=+ΓΓΓ C/Γc-C 直线斜率tg β求出饱和吸附量 , 进而得出乙醇分子横切面积S 和分子长度 , 结合直线截距得出吸附系数α:∞Γ=（tg β）-1以上个式中, c 为浓度；T 为绝对温度（K ）；σ为表面张力；Γ为吉布斯吸附量；M 为溶质摩尔质量；ρ为溶质密度；S 为分子截面积；δ为分子长；α为吸附系数；NA 为阿伏伽德罗数（6.02×1023/mol ）；R 为气体常数。

为了求以上参数, 关键是测σ。

表面张力及界面张力, 矢量。

源于凝聚相界面分子受力不平衡, 意为表面的单位长度收缩力。

σ也是在个条件下凝聚系表面相得热力学强度性质, 如果恒温、恒压下扩大单位表面积所需的可逆功, 故亦称为表面自由焓。

1. σ与凝聚相和表面共存接触相种类有关, 还与T,P 有关, 与凝聚相纯度和杂志种类有关。

浓度升高, 溶液的σ有增有减, 随溶质、溶剂而异, 表面活性剂是两亲分子, 他们的水溶液σ随浓度升高先剧降, 后微升, 在渐趋稳定。

σ随c 而变化的本质是溶液表面浓度对体相浓度的偏离, 此现象称为表面吸附。

表面吸附量Γ与浓度有关, 用吉布斯等温方程求出 为σ-c 曲线在指定浓度的斜率。

<0, Γ>0为正吸附, 表面浓度较体浓度高, 达饱和吸附时, Γ趋于饱和吸附量 , 此时两亲分子在溶液表面处于高度有序的竖立密集, 形成单分子膜。

,2. 若将兰格缪尔等温吸附式中的吸附量赋予吉布斯吸附量的特定意义, 则可从其变形式求出 设分子吸附层厚δ, δ即两亲分子长。

【目的要求】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. 掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。

3. 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载面积。

4. 学会以镜面法作切线，并利用吉布斯吸附公式计算不同浓度下正丁醇溶液的表面吸附量。

5. 求正丁醇分子截面积和饱和吸附分子层厚度。

【基本原理】在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。

可是在液体表面层的分子却不相同。

因为表面层的分子，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弓I,而且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（如图1所示）。

这种吸引力使表面上的分子向内挤促成液体的最小面积。

要使液体的表面积增大就必须要图1分子间作用力示意图反抗分子的内向力而作功增加分子的位能。

所以说分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。

通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的变化值ΔG称为单位表面的表面能其单位为J. m-3。

而把液体限制其表面及力图使它收缩的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力，其单位是N.m-1。

液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。

欲使液体表面积加△S时，所消耗的可逆功A为：-A= ΔG= σΔS液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。

到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。

液体的表面张力也与液体的纯度有关。

在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。

当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化，。

根据能量最低原理，若溶液质能降低溶剂的表面张力，则表面层溶质的浓度应比溶液内部的浓度大；如果所加溶质能使溶剂的表面张力增加，那么，表面层溶液质的浓度应比内部低。

这种现象为溶液的表面吸附。

最大气泡法测定溶液表面张力数据处理
最大气泡法是一种常用的测定溶液表面张力的方法，其原理是在溶液中注入一定量的气体，通过测定气泡的体积和时间来计算表面张力的大小。

数据处理如下：
1. 计算气泡的体积：根据气泡的形状（通常是圆形），可以使用公式计算其体积，例如对于直径为d的气泡，其体积为
4/3π(d/2)^3。

2. 计算表面张力：根据气泡的体积和时间，可以使用公式计算表面张力，例如对于一定体积的气泡，在一定时间内的表面张力大小为T=4v/πd^2t，其中v为气泡的体积，d为气泡的直径，t为气泡脱离液面的时间。

3. 处理多次实验数据：通常多次测量得到的表面张力值会有一定的误差，需要将多次测量得到的数据进行平均处理，并计算其标准差和置信区间。

4. 分析数据结果：根据测得的表面张力值，可以进一步分析溶液的物理化学性质，例如与其他溶质的相互作用、表面压力和界面活性等。

（情绪管理）最大气泡压力法测定溶液的表面张力最大气泡压力法测定溶液的表面张力壹、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、基本原理在壹个液体的内部，任何分子周围的吸引力是平衡的。

可是在液体表面表面层中，每个分子都受到垂直于且指向液体内部的不平衡力。

所以说分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能，通常把增大壹平方米表面所需的最大功A或增大壹平方米所引起的表面自由能的变化△G,称为单位表面的表面能，其单位为J·m－1；而把液体限制其表面及力图使它收缩的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力，其单位是N·m－1。

如欲使液体表面面积增加ΔS时，所消耗的可逆功A应该是：壹A＝ΔG＝σΔS（1）液体的表面张力和温度有关，温度愈高，表面张力愈小。

根据能量最低原则，若溶质能降低溶剂的表面张力，则表面层中溶质的浓度应比溶液内部的浓度大，如果所加溶质能使溶剂的表面张力升高，那么溶质在表面层中的浓度应比溶液内部的浓度低。

这种表面浓度和溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。

在壹定的温度和压力下，溶液表面吸附溶质的量和溶液的表面张力和加入的溶质量（即溶液的浓度）有关，它们之间的关系可用吉布斯(Gibbs)公式表示：Γ＝－()T（2）式中：Γ为吸附量(mol·m－1)；σ为表面张力(J·m-1)；T为绝对温度(K)；c为溶液浓度(mol．L －1)；R为气体常数(8．314J．K—I·mol－1)。

()T表示在壹定温度下表面张力随溶液浓度而改变的变化率。

如果σ随浓度的增加而减小，也即()T<0，则Γ>0，此时溶液表面层的浓度大于溶液内部的浓度，称为正吸附作用。

如果σ随浓度的增加而增加即()T>0，则Γ<0，此时溶液表面层的浓度小于溶液本身的浓度，称为负吸附作用。

最大气泡法测表面张力实验报告实验名称：最大气泡法测表面张力实验报告实验目的：1.了解表面张力的概念和测量方法；2.掌握最大气泡法测表面张力的实验方法；3.通过实验，确定不同液体的表面张力大小。

实验原理：表面张力是指液体分子在液体表面聚集所形成的张力。

表面张力大小取决于液体种类、温度、压力等因素。

最大气泡法测表面张力是通过在液体表面形成一个最大的气泡，计算其半径和液体密度、重力加速度等参数，利用杨-拉普拉斯方程计算出表面张力大小。

实验器材：1.氢氧化钠溶液；2.去离子水；3.玻璃接力片；4.干净的注射器。

实验步骤：1.将玻璃接力片放置在水平桌面上，滴入氢氧化钠溶液，形成一圆形液体膜；2.利用注射器从中间吸气，将液体表面形成一个气泡，使其尽可能地大；3.将气泡半径测量3次，取平均值，并分别测量液体密度、重力加速度等参数；4.重复上述步骤，以去离子水代替氢氧化钠溶液，再次测量气泡半径和液体参数；5.根据测量数据，利用杨-拉普拉斯方程，计算出两种液体的表面张力大小。

实验结果：1.氢氧化钠溶液的表面张力大小为0.069N/m；2.去离子水的表面张力大小为0.071N/m。

实验结论：1.利用最大气泡法可以较准确地测量液体的表面张力大小；2.不同液体的表面张力大小不同；3.表面张力大小的测量结果受液体参数的影响较大，应注意测量精度。

实验心得：通过本次实验，我深刻理解了表面张力的概念和测量方法，掌握了最大气泡法测表面张力的实验技能，提高了实验操作能力和数据计算能力。

同时，我也意识到实验中精度和准确性的重要性，应该在实验操作中尽可能地提高测量精度，确保实验结果的可靠性。

实验31溶液表面张力的测定------最大气泡法一、 实验目的1. 用最大气泡法测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力。

2. 利用吉布斯公式计算不同浓度下正丁醇溶液的吸附量，进而求出正丁醇分子截面积和吸附分子层厚度。

3. 学会镜面法作切线的方法。

二、 实验原理在液体内部，任何分子受周围分子的吸引力是平衡的，可是表面层的分子受内层分子的吸引与受表面层外介质的吸引并不相同，所以，表面层的分子处于力不平衡状态，表面层的分子比液体内部分子具有较大的势能，如欲使液体产生新的表面就需对其作功。

在温度、压力和组成恒定时，可逆的使表面积增加dA 所需作的功为δ-W=γdA (1)比例系数γ等于在等温等压下形成单位表面所需的可逆功，其比值等于作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为表面张力。

在纯物质情况下，表面层的组成与内部的相同，但溶液的情况却不然，加入溶质后溶液的表面张力发生变化。

根据能量最低原则，当溶质降低溶剂的表面张力时，表面层中的溶质的浓度比溶液内部的大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表层中的浓度比在内部的浓度低。

这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。

显然，在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的浓度及溶液的表面张力随浓度的变化率有关，从热力学可知，他们之间的关系遵守吉布斯吸附公式：γγ,Γ⎪⎭⎫⎝⎛-=Γdc d RT c （2） 式中；。

摩尔气体常数，热力学温度，溶质的浓度，表面张力，吸附量，11312314.8;K ;;;-----••------•---•---•---ΓK mol J R T m mol c m N m mol γ称为负吸附。

时，称为正吸附；当时，当0000,,<Γ>⎪⎭⎫⎝⎛<Γ<⎪⎭⎫ ⎝⎛ΓΓγγγγdc d dc d 溶于溶液中能使其表面张力降低的物质称为表面活性物质，工业和日常生活中广泛应用的去污剂，乳化剂，润滑剂以及起泡剂等都是表面活性物质。

宁 波 工 程 学 院物理化学实验报告专业班级 化工114班 姓名 提子 序号 17 同组姓名 指导老师 胡爱珠 杨建平 实验日期 2013.5.21 实验名称 实验七 最大气泡压力法测定溶液的表面张力一、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、表明自由能、表面张力和吸附量关系的理解。

二、实验原理1、在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度之间的关系遵守吉布斯吸附等温式： 根据朗格缪尔公式：以c/Г对c 作图，得以直线，该直线的斜率为1/Г∞三、实验仪器、试剂1、仪器：最大泡压表面张力仪1套、洗耳球1个、移液管(50ml 和1ml)各1只、烧杯(500ml)2、试剂：正丁醇(分析纯)、蒸馏水 四、实验步骤1、仪器准备与检漏将表面张力仪容器和毛细管先用洗液洗净，再顺次用自来水和蒸馏水漂洗，烘干后按图接好。

检查是否漏气。

2、仪器常数的测定调节液面与毛细管端相切，并调节分液漏斗，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且速度控制在每分钟形成气泡5-10个。

当气泡刚脱离管端的一瞬间，压力计中液位差达到最大值，此时记录下Δp 最大值；改变气泡逸出速率(控制在每分钟5-10个)，再依此记录2次，取其平均值。

再由手册中查出实验温度时水的表面张力，求得仪器常数K 。

3、表面张力随溶液浓度变化的测定在上述体系中，按浓度从低到高的顺序依次测定预先配好的正丁醇溶液的Δp 最大值，每次置换溶液前都先用新溶液润洗2次，再按2方法测定。

五、数据记录与处理1、计算仪器常数K 和溶液表面张力γ，绘制γ-c 等温线。

室温：27.9℃ 大气压力：100.21Kpa 恒温槽温度：30℃ γ水：71.18×10-3 N/m K:1.1041×10-4c d RT dcГγ=－Kc1KcГГ∞=+c 1+Kc c 1 K K ГГГГ∞∞∞==+2RP γ∆=max 2RP γ∆=maxK p γ=∆浓度c(mol/dm3) 水0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.16 0.2 0.24Δpm ax(Pa) 644.7 621.3 576.0 542.3 515.7 491.7 471.7 449.0 419.0 397.7 Δpmax1(Pa)646 622 577 542 515 493 470 451 418 398 Δpmax2(Pa)643 621 576 543 517 490 472 448 419 397 Δpmax3(Pa)645 621 575 542 515 492 473 448 420 398 γ×10-3(N/m) 71.18 68.60 63.60 59.88 56.94 54.29 52.08 49.58 46.26 43.91 由图表数据作γ-c等温线图：由图1可得Y = 0.07142-0.20629*X+0.39219*X2可以得到γ-c的关系式为Y = 0.07142-0.20629*C+0.39219*C2由此得到dγ/dc=0.78438c-0.20629将不同的c值代入上式，就可以得到在不同浓度c下的dγ/dc了。