最大气泡法测表面张力实验思考题

实验七 最大气泡法测定液体的表面张力卓冶13 李金阳(一)、实验目的1．掌握最大气泡法测定液体的表面张力的原理和方法。

2．熟悉表面张力的意义和性质，测定不同浓度液体的表面张力。

3．熟悉表面吸附的性质及与表面张力的关系。

(二)、实验原理溶剂中加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化，加入表面活性物质（能显著降低溶剂表面张力的物质）则它们在表面层的浓度要大于在溶液内部的浓度，加入非表面活性物质则它们在表面层的浓度比溶液内部低。

这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫溶液的吸附。

显然，在指定的温度压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。

从热力学可知，它们之间的关系遵守吉布斯吸附等温方程：Tdc d RTc ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=Γσ （7—1） 式中：Γ—为溶质在单位面积表面层中的吸附量（mol ·m －2）； σ—为溶液的表面张力（N ·m －2）；c —为溶液浓度（mol ·m －3）；；R —气体常数，8.314J ·mol －1·K －1；T —为绝对温度（K ）。

当)/(dc d σ<0时，Γ > 0，即溶液的表面张力随着溶液浓度的增加而下降时，吸附量为正值，称为正吸附，反之，当)/(dc d σ> 0时，Γ< 0称为负吸附。

吉布斯吸附等温方程式应用范围很广，但上述形式只适用于稀溶液。

通过实验测得不同浓度溶液的表面张力1σ、2σ……即可求得吸附量Γ。

本实验采用最大气泡压力法测定正丁醇水溶液的表面张力值。

试验装置如图（7—1）所示。

图7—1 表面张力测定装置1—样品管 2—毛细管 3—压瓶4—精密数字压力计 5—大气平衡管 6—活塞 图7—2 气泡曲率半径的变化规律将欲测表面张力的溶液装入样品管中，使毛细管的端口与液面相切，液体即沿毛细管上升，打开减压瓶3的活塞6，使里面的水慢慢的滴出，则系统内的压力慢慢减小，毛细管2液面上受到一个比样品管中液面上大的压力，此时毛细管内液面就会下降，直到在毛细管端面形成一个稳定的气泡。

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。

###（1）在测定过程出现了以下几种非正常状况： 1.正丁醇溶液气泡不单个匀速产生，而漏斗中水的滴速已经尽可能调到了最小，毛细管已经清洗洁净，气泡不单个匀速产生的原因可能是毛细管底端不平整或受损，但由于毛细管没有备用的，所以测量时未更换新的毛细管。

2.正丁醇溶液气泡产生速率过快，气泡产生速率一般以8∽12个为宜，由于上述原因，气泡不单个匀速产生，而是每次积攒三四个气泡连续冒出，这样会造成测定压力值偏大。

3.随着浓度的增大，正丁醇越来越难以产生气泡，可能的是因为正丁醇的粘度增大，所以产生气泡能力减小。

从实验结果看，Г-C等温线图拟合直线线性较差，其中正丁醇浓度为0.5464mol/L时的点偏离较大，产生这样现象的原因可能是：系列待测溶液测定时产生气泡速率不完全一致，而测定时气泡不是单个匀速产生，导致读数不准。

（2）本实验应该注意的事项： 1.首先要保证装置的气密性，所以在玻璃装置的某些接口处涂上凡士林。

2.所用的毛细管必须干净，干燥，应保持垂直，其管口刚好与液面相切。

3.读取压力计的压差时，应取气泡单个溢出时的最大压力差。

4.张力管及毛细管的洗涤要彻底。

如果毛细管洗涤不干净，不仅影响表面张力值，而且会使气泡不能有规律地单个连续逸出。

要么就是一个气泡也没有，要么就是两个甚至更多个同时逸出，严重影响测量的进行。

5.毛细管插入溶液中的深度直接影响测量结果的准确性，这是因为溶液的静压力会增加对气泡壁的压强，为了减少静压力的影响，应尽可能减少毛细管的插入和深度，使插入深度与液面刚好相切。

6.在实验中，按浓度从小到大的顺序测定，降低不同浓度溶液之间的影响。

###实验采用带支管的大试管作样品管,将带毛细管的木塞插入试管,若木塞没有塞正,可导致毛细管与液面不垂直;若加入试管中溶液的量控制得不准,可导致毛细管插入液面深浅不一。

读数时的误差：�气泡产生速率过快。

气泡产生速率一般每分钟都超过了8～12个，使得测定最大压力差值偏大。

最大气泡法1、实验时，为什么毛细管口应处于刚好接触溶液表面的位置如插入一定深度将对实验带来什么影响答案：减少测量P 误差，因为P 是气泡内外的压力差，在气泡形成的过程中，由于表面张力P r m ax = KP ，如果插入一定深度，P m ax 2 max 的作用，凹液面产生一个指向液面附加压力△P，γ= 外还要考虑插入这段深度的静压力，使得P max 的绝对值变大，表面张力也变大。

2、最大气泡法测定表面张力时为什么要读最大压力差答案：最大气泡法测定表面张力时要读最大压力差。

因为随着气泡的形成，曲率半径逐渐由大变小又变大，答案：当曲率半径等于毛细管半径时，气泡呈半球形，气泡曲率半径最小，3、对测量所用毛细管有什么要求、对测量所用毛细管有什么要求答案：答案：毛细管一定要清洗干净，管口平齐。

4、在毛细管口所形成的气泡什么时候其半径最小、在毛细管口所形成的气泡什么时候其半径最小答案：测量时P m ax 最大5、如果气泡逸出的很快，或几个气泡一齐出，对实验结果有何影响答案：如果气泡逸出的很快，或几个气泡一齐出，即气泡形成时间太短，则吸附平衡就来不及在气泡表面建立起来，测得的表面张力也不能反映该浓度之真正的表面张力值。

6、影响本实验结果的主要因素是什么答案：气泡逸出速度、是否P m ax 、溶液浓度、温度、系统的气密性等。

7、如何检验仪器系统漏气答案：旋开分液漏斗，使压差计显示一定的数值，旋紧分液漏斗，此值保持一段时间不变。

8、从毛细管中逸出的气泡有什么要求如何控制出泡速度答案：要求气泡从毛细管缓慢逸出，一个一个的出，逸出气泡每分钟10 个左右。

通过控制滴液漏斗的放液速度调节。

偶极矩的测定注意事项1.测量时必须使屏蔽线插头,插座,电容池和电容池座之间连接可靠。

2.每台仪器配有二根屏蔽线。

3.电容池及池座应水平放置。

4.操作时注意防止溶质,溶剂的挥发和吸收水蒸汽。

5.每测一种介质的电容后必须将介质弃去,并用电风吹吹干,并待电容池恢复原状后,再测下一种的电容。

最大气泡压力法测定溶液的表面张力题库宁波工程学院物理化学实验报告专业班级化工104班姓名张雅俊序号33 实验日期2012.05.19 同组姓名朱申宇、蒋燕军指导老师付志强、罗丽娟实验名称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、表面自由能、表面张力和吸附量关系的理解。

二、实验原理1、在一定温度下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时，表面张力发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。

根据能量最低原理，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，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低，这种表面浓度与内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。

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循吉布斯吸附等温式：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。

根据朗格谬尔（Langmuir）公式：Γ =Γ∞Kc/（1＋Kc）②Γ∞为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的Γ∞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所示：图1、最大气泡压力法测量表面张力的装置示意图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。

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。

最大气泡法测液体表面张力实验报告思考题最大气泡法测表面张力实验报告最大气泡法测定溶液的表面张力【实验目的】1、掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。

2、了解弯曲液面下产生附加压力的本质，熟悉拉普拉斯方程，吉布斯吸附等温式，了解兰格缪尔单分子层吸附公式的应用。

3、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算饱和吸附量, 由表面张力的实验数据求正丁醇分子的截面积及吸附层的厚度。

【实验原理】1、表面张力的产生纯液体和其蒸气组成的体系体相分子：自由移动不消耗功。

表面分子：液体有自动收缩表面而呈球形的趋势。

要使液体表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功以增加分子位能。

所以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。

?W=A如果ΔA为1m2，则-W′=σ是在恒温恒压下形成1m2新表面所需的可逆功，所以σ称为比表面吉布斯自由能，其单位为J·m-2。

也可将σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，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。

2、弯曲液面下的附加压力（1）在任何两相界面处都存在表面张力。

表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向使表面积缩小的一侧。

（2）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。

（3）液体的表面张力与液体的纯度有关。

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。

（4）由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。

3、毛细现象（1）由于表面张力的作用，弯曲表面下的液体或气体与在平面下情况不同，前者受到附加的压力。

（2）如果液面是水平的，则表面张力也是水平的，平衡时，沿周界的表面张力互相抵消，此时液体表面内外压力相等，且等于表面上的外压力Po。

（3）若液面是弯曲的，平衡时表面张力将产生一合力Ps，而使弯曲液面下的液体所受实际压力与Po不同。

实验四表面张力的测定—最大气泡法一、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．学习用Origin或Excel处理实验数据。

二、仪器和试剂仪器恒温槽装置；数字微压差计（或U型管压差计）；T形管1个；滴液漏斗（250rnL）l个；毛细管（0.2～0.3mm）1支；支管试管（φ25×20cm）；烧杯（250mL）药品正丁醇（AR）；重蒸馏水三、实验步骤1．仪器常数的测定：（1）仔细洗净支管试管与毛细管，连接装置。

（2）加入适量的重蒸馏水于支管试管中，毛细管端面与液面相切。

恒温（20℃）20分钟。

（3）打开滴液漏斗缓慢抽气，使气泡从毛细管缓慢逸出，调节逸出气泡每分钟20个左右。

读出压差计最大高度差，读3次，取平均值。

2．待测样品表面张力的测定：配制从0.02～0.80mol.L-1系列（0.025,0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.40,0.60,0.80）的正丁醇溶液。

（正丁醇ρ=0.8109）可先配制0.80mol/L的溶液，其它的浓度用稀释的办法配制。

3．用待遇测溶液洗净支管试管和毛细管后，方法同1，装入待测样品，测定气泡缓慢逸出时的最大压差。

四、数据记录与处理大气压: 726.15mmHg 室温: 16.5℃（一）原始数据记录表表一：所测样品的最大压差值与折光率数据表样品编号折光率n1折光率n2折光率n3折光率n4折光率n5平均折光率n五号0.206 0.207 0.2070.2080.207 0.207 四号0.253 0.254 0.248 0.2520.248 0.252三号0.294 0.287 0.303 0.2950.303 0.295二号0.322 0.318 0.321 0.3200.321 0.320一号0.366 0.358 0.366 0.3630.366 0.363 0号0.401 0.425 0.401 0.4090.401 0.409重蒸馏水0.469 0.517 0.4530.4800.4530.480表二：标准的正丁醇溶液的折光率质量分数折光率1n折光率2n折光率3n平均折光率n 5％ 1.3326 1.3325 1.3327 1.3326 10％ 1.3354 1.3355 1.3357 1.3355 15％ 1.3374 1.3374 1.3374 1.3374 20％ 1.3398 1.3397 1.3399 1.3398 25％ 1.3407 1.3407 1.3407 1.3407 30％ 1.3427 1.3429 1.3425 1.3427 40％ 1.3466 1.3466 1.3465 1.3466 50％ 1.3525 1.3527 1.3524 1.35251．计算仪器常数并计算溶液的表面张力。

最大气泡法测定液体表面张力实验中的问题与讨论表面张力是液体的基本物化性质之一，是研究有关表面现象和表面活性剂性能的重要参数。

在诸多测定表面张力的方法中，最大气泡法实验器材易得，操作方法简单且易于理解，因而长期以来利用最大气泡法测定液体的表面张力是大学物理化学教学实验的常见内容。

该实验在教学实践活动中被不断研究和改进，无论在实验方法还是实验装置方面都日渐完善，但在实验过程中往往因为个人操作出现各种各样的问题，笔者根据本科实验教学中经常遇到的问题，讨论有效的解决途径，促使学生在实验过程中不仅掌握基本实验技能，而且提高学生思维和解决问题的能力，从而达到能力和素质的综合培养。

一、温度问题表面张力是一个与温度有关的物理化学量，在实验过程中需要进行恒温操作，以便测定相同温度下一系列溶液的表面张力。

本实验作为本科基础实验，属于验证性实验，只需要保证是相同温度之下的测定结果，而不是某一个特定温度下的结果，所以实验室一般采用室温条件，而不需要恒温装置，使实验操作相对来说更简单。

本实验在顺利操作情况下耗时并不长，室温一般变化不大，采用室温操作可以满足本实验对温度的要求。

室温操作不仅在不改变教学目的的前提下使该实验操作简单方便，而且加深学生对室温操作意义的理解。

二、溶液配制的问题乙醇水溶液体系以其低毒环保的优势被选做本实验研究对象。

本实验要对一系列不同浓度乙醇溶液的表面张力进行测定，因此要保证溶液浓度的准确性。

实验教材要求学生粗略配制溶液，在合适的实验环节再利用浓度和折光率的关系确定溶液的准确浓度。

这样的实验程序一方面比较繁琐，另一方面在再次确定浓度的过程中本身存在操作误差。

根据数据处理环节涉及的吉布斯吸附方程及langmuir等温吸附方程式特点可知，浓度单位不会对实验最终结果产生影响，因此笔者在实验教学过程中直接要求学生用移液管准确移取一定量的无水乙醇在容量瓶中用水定容得到准确浓度的乙醇水溶液。

为了避免乙醇的易挥发性给浓度带来的影响，配制溶液时，应当首先将洁净的容量瓶中加入适量水，然后移取一定量的无水乙醇放入容量瓶中，及时形成乙醇的水溶液，然后再定容即可。