最大泡压法测定溶液表面张力实验报告作图

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：

TdcdRTc （7—1）

式中：—为溶质在单位面积表面层中的吸附量（mol·m－2）；

—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)/(dcd< 0时， > 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)/(dcd> 0时，< 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1、2……即可求得吸附量。

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。开始时气泡表面很平，曲率半径很大，随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，形成半球时，气泡的曲率半径与毛细管的半径相等，曲率半径达最小值（如图7—2）。气泡进一步长大，曲率半径又变大，直到气泡从毛细管口脱出。曲率半径最小时有最大的附加压力，在压力计上就有绝对值最大的读数。此时气泡的曲率半径就是毛细管的半径。可见毛细管口冒出气泡所需要增加的压力（P）与液体的表面张力成正比。利用杨—拉普拉斯公式有：

最大气泡压力法测定溶液的表面张力

一、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.掌握最大气泡压力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截面积，进一步了解表面张力、表面自由能、表面张力和吸附量关系的理解。

技能要求：掌握表面张力测定仪的使用方法，实验数据的作图处理方法

二、实验原理

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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（-2Nm）。液体的表面张力与温度有关，温度越高，表面张力越小，当到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋于零。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，并且，决定于溶质的本性和加入量的多少。

如果溶质的加入能降低表面吉布斯自由能，则边面层溶质浓度比溶液本体浓度大；如果溶质的加入能升高表面吉布斯自由能，则边面层溶质浓度比溶液本体浓度小；在一定温度和压力下，溶质的表面吸附量与溶液的表面张力有关，并符合：

()TcRTc

上式称为吉布斯等温（Gibbs）吸附方程，式中为表面吸附量（-2molm）；c为溶液浓度（-molL）；T为绝对温度（K）；为溶液的表面张力。

由Gibbs公式可以看出， 若()0Tc，则0，称为正吸附，即溶液表

面层浓度大于本体溶液浓度，这种溶质称为表面活性物质；若()0Tc，0，为负吸附，即溶液表面层浓度小于本体溶液浓度，这种溶质称为非表面活性物质。Gibbs公式表明，只要测得溶液的浓度和表面张力关系，就可求得各种不同浓度下溶液的吸附量。

吸附量与浓度之间的关系也可以用Langmuir等温吸附方程式表示，即：

1kckc

式中为饱和吸附量，k为经验常数，将上式整理得：

物化实验—表⾯张⼒的测定-最⼤⽓泡法.

实验13溶液表⾯张⼒的测定最⼤压⼒⽓泡法1 引⾔

1.1实验⽬

1.1.1 明确表⾯张⼒、表⾯⾃由能和吉布斯吸附量的物理意义。

1.1.2 掌握最⼤压⼒⽓泡法测定表⾯张⼒的原理和技术。

1.1.3 计算表⾯吸附量和吸附质分⼦的截⾯积。

1.2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势能，如欲使液体产⽣新的表⾯，就需要对其做功。在温度、压⼒和组成恒定时，可逆地使表⾯积增加dA所需做的功为

（1）

⽐例系数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。

纯物质表⾯层的组成与内部的组成相同，因此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。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，从热⼒学⽅法可知它们之间的关系遵守吉布斯公

式：

（2）

式中：为表⾯吸附量（）；为表⾯张⼒（）；为溶质的浓度

（）；为热⼒学温度（K）；为⽓体常数（8.314）。

值可正可负，正值为正吸附，负值为负吸附。显然，不仅能表明吸附的性质，⽽且其值还能说明表⾯吸附的程度：＝0表明

⽆吸附现象；其值越远离0，表明吸附程度越⼤。

溶于液体中使表⾯张⼒降低的物质称为表⾯活性物质，反之，称为⾮表⾯活性物质。在⽔溶液中，表⾯活性物质有显著的不对称结构，它是由极性（亲⽔）部分和⾮极性（憎⽔）部分构成的。在⽔溶液表⾯，⼀般极性部分取向溶液内部，⽽⾮极性部分则取向空⽓部分。

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 σ-?

如果ΔA 为1m 2

，则-W ′=σ是在恒温恒压下形成1m 2

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。