最大气泡法测定表面张力实验讲义(实际)

最大气泡法测定表面张力
一、 实验目的
1、 用气泡最大压力法测定乙醇水溶液的表面张力。

从而计算溶液在某一浓度C 时的表面吸附
量Γ；
2、 学会使用表面张力试验组合装置；
3、 学会σ对lnC 作图求Γ。

二、 实验原理
1、 在指定温度下，纯液体的表面张力是一定的，如果在液体中加入溶质而成溶液时，情况就发生了变化。

我们说溶液的表面张力不仅与温度有关，而且也与溶液的种类，溶液浓度有关。

这是由于溶液中部分溶质分子进入到溶液表面，使表面层的分子组成发生了改变，分子间引力起了变化，因而表面张力也随着改变，根据实验结果证明，加入溶质以后表面张力发生改变的同时还发现溶液表面层的浓度与内部浓度有何差别，有些溶液表面层浓度大于溶液内部浓度，有些恰恰相反，这种现象称为溶液浓度表面吸附作用。

按吉布斯吸附等温式C
d d RT dc d RT C ln 1σ
σ∙
-=∙-
=Γ，其中Γ代表溶液浓度为C 时的表面吸附量（mol/cm 2），C 代表平衡时溶液浓度（mol/1），R 为气体常数（8315×107mol ·K ），T 为吸附时的温度。

由上（1）式可看出，在一定温度时，溶液表面吸附量Γ是与平衡时溶液浓度C 和表面活
度
dc d σ
或c d d ln σ成正比关系。

当dc
d σ＜0时，Γ＞0，表示溶液表面张力随浓度增加而降低，则溶液表面发生正吸附。

我们把能产生显著正吸附的物质（即有显著降低溶液表面张力的物质）称为表面活性物质。

本实验用表面活性物质十六烷基三甲基溴化铵配制成一系列不同浓度的水溶液，分别测定这些溶液的表面张力σ，然后以σ对lgC 作图，得一曲线，求曲线上某一点的斜率（d σ/dlgC ），可计算相应于该点浓度时溶液的表面吸附量Γ。

2、 本实验测定各溶液的表面张力采用气泡最大压力法，此法原理的当毛细管与液面相接触时，由毛细管内加压（或在溶液体系内减压）则可以在液面的毛细管出口处形成气泡。

如果毛细管半径很小，当开始形成气泡时，表面几乎是平的，即这时的曲率半径最大，随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小直到形成半球形，这时曲率半径R 与毛细管半径r 相等，曲率半
径达到最小值。

此时：r
R P σ
σ22=
=
∆ （2） 其中：P ∆为最大附加压力，r 为毛细管半径（此时等于气泡的曲率半径R ），σ 为表面张力。

当密度为ρ的液体作压差计介质时，测得与P ∆相应的最大压差为m h ∆。

按（2）式得：
m m h K g h r P r
∆=∆=∆=ρσ2
2 （3）
其中K 在一定温度下仅与毛细管半径r 有关，成为毛细管仪器常数，此常数可以从已知表面张力的标准物质测得。

三、DP －AW 精密数字压力计的使用方法
(一) 前面板示意图
图一 前面板示意图
① 单位键：选择所需要的计量单位 ② 采零键：扣除仪表的零压力值(即零点漂移) ③ 复位键：程序有误时重新启动CPU ④ 数据显示屏：显示被测压力数据 ⑤ 指示灯：显示不同计量单位的信号灯
“单位”键：接通电源，初始状态Kpa 指示灯亮，LED 显示以法定计量单位Kpa 为计量
mmH 2O 指示灯亮，LED 显示以mmH 2O 为计量单位的压力值。

（二）后面板示意图
图二 后面板示意图
①电源插座：与～220V相接
②电脑串行口：与电脑主机后面板的RS232C串行口连接（可选配）
③压力接口：压力接口
④压力调整：仪器校正调节
⑤保险丝：0.2A
四、实验步骤
（一）实验装置连接示意图
（二）最大气泡法测定表面张力的实验步骤
1、仪器准备将表面张力仪器和毛细管洗净、烘干后按图接好。

注：可选用本厂的超级水浴对样品管进行恒温处理。

2、仪器检漏在滴液瓶中盛入水，将毛细管插入样品管中，打开泄压开关，从侧管中加入
样品，使毛细管管口刚好与液面相切，接入恒温水恒温五分钟后，系统采零之后关闭泄压开关。

此时，将滴液瓶的滴液开关缓慢打开放水，
使体系内的压力降低，精密数字压力计显示一定数值时，关闭滴液瓶的开关。

若2～3min 内精密数字压力计数字不变，则说明体系不漏气，可以进行实验。

3、仪器常数的测量缓慢打开滴液瓶的滴液开关，调节滴液开关使精密数字压力计显示值
逐个递减，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，当气泡刚脱离毛细管管端破裂的一瞬间，精密数字压力计上显示压力值，记录压力值，连续读取三次，取其平均值。

注：压力值为负值，是把当前大气压作为零。

4、表面张力随溶液浓度变化的测定按上述实验方法测定各种浓度的表面活性物质，水溶
液依浓度从小到大。

5、实验完毕，使系统与大气相通，关掉电源，洗净玻璃仪器。

五、数据纪录与处理
1、实验温度
2、毛细管仪器常数的测定
3、数据列表
4、由纪录到的数据计算毛细管仪器常数K，并填入表内
5、溶液表面吸附量的测定；数据列表
∆值一起填入上表
6、按3式计算不同浓度溶液的表面张力σ，并与相应的m h
7、以σ对lgC作图，得一光滑曲线
8、求溶液浓度C=4.000×10—4mol/L时的溶液表面吸附量Γ。

六、注意事项
1、毛细管必须洗净，并淋洗过
2、恒温控制要调制正确
3、恒温时间要充分，因σ随温度而变化的
4、毛细管与液面要恰好相接触，并且希望每次的深浅是一样的
5、用被测液淋洗一下试管
6、冒泡速度一定要控制在每分4～6个，不宜过快或过慢，以免影响数据的结果
7、读取数据三次是指降下后上去，并非每次要关闭滴水漏斗重调
8、在换样品时也不要关闭滴水漏斗，因为调节比较困难，但要经常检查冒气泡的速度
9、在恒温十分钟后要套上橡皮管前必须清零
10、要注意保护毛细管，特别是毛细管不允许有所损伤
11、不能在套上橡皮管后调零
12、实验结束需经过数据检查
13、实验始终冒气泡速度应一致，不可忽快忽慢
14、毛细管试管要垂直
15、在实验过程中不可让过多的泡沫出现。