最大泡压法测定溶液的表面张力实验报告

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。

查表得：温度：25℃水的表面张力σ：0.07197N/m仪器常数K′：0.0735
实验数据记录：
Γ，并计算乙醇分子的横截面积2、拟合曲线y=ax2+bx+c，由直线斜率求其饱和吸附量
∞
σB，附图：
拟合二次函数得到：y=0.000262889x2-0.0055x+0.06227
求导：y’=0.000525778x-0.0055
实验数据分析：
根据上表绘制--c 曲线：
计算：∞Γ＝1 / 245115σB ＝1/ ∞ΓL ＝4.07168*10-19
五、讨论思考：
1.与文献值（见书中附录）对照，检验你的测定结果，并分析原因。

答：绘制出的曲线不是很符合特征（标准）曲线，可能是实验数据误差较大引起的，
归结起来可能由以下原因引起：
（1）出泡速率不能太快。

因为出泡速率快将使表面活性物质来不及在气泡表面达
到吸附平衡，也将使气体分子间摩擦力和流体与管壁间的摩擦力增大，这将造成压力差增大，使表面张力测定值偏高。

所以要求从毛细管中溢出的气泡必须单泡溢出，有利于表面活性物质在表面达到吸附平衡，并可减少气体分子及气体与管壁之间的摩擦力，才能获得平衡的表面张力；
（2）毛细管插入溶液中的深度直接影响测量结果的准确性。

假如毛细管尖端插入
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静压力。

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△h 接
近0。

毛细管内的空气压力与管口处的液体表面张力平衡，插入一定深度后，
需增加空气压力才能抵消这一深度的液柱压力，使实验测得的表面张力值偏
高。

而该实验装置中，随着滴液漏斗中水的不断流出，滴液的速度会减慢，装置的此处有待改进。

另外，毛细管的竖直以及毛细管进入液面的深度，对于测定结果都有一定的影响。

2.表面张力测定仪的清洁与否和温度之不恒定对测量结果有何影响？
答：如果玻璃器皿的不清洁和温度不恒定，则气泡不能连续平稳地通过，从而使压差计读数不稳定。

由于溶液折光率、浓度等随着温度变化而变化，若温度不稳定，则难以测得溶液的准确浓度。