最大泡压法测定溶液的表面张力[参照模板]
最大泡压法测定溶液表面张力[参照模板]
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实验一 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、实验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引，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20－l 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Nm -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。
欲使液体表面积增加△S 时，所消耗的可逆功A 为：图11.1 分子间作用力示意图-A =△G =σ△S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。
把溶质在表面层中与本体溶液中浓度不同的现象称为溶液的表面吸附。
使表面张力降低的物质称为表面活性物质。
用吉布斯公式(Gibbs)表示：Tc d RT dc σ⎛⎫Γ= ⎪⎝⎭ （11-1） 式中：Γ为表面吸附量(mol ·m -2)，σ为表面张力（J ·m -2）。
最大泡压法测定溶液的表面张力
最大泡压法测定溶液的表面张力一、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。
二、实验原理1、表面张力的产生液体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引，由于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，如图所示，这种吸引力使表面上的分子自发向内挤促成液体的最小面积。
在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的表面自由能的增值称为单位表面的表面能（J·m-2）。
若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）。
事实上不仅在气液界面存在表面张力，在任何两相界面都存在表面张力。
表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向是表面积缩小的一侧。
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。
由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。
2、弯曲液面下的附加压力静止液体的表面在某些特殊情况下是一个弯曲表面。
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。
弯曲液体表面平衡时表面张力将产生一合力P s ，而使弯曲液面下的液体所受实际压力与外压力不同。
当液面为凹形时，合力指向液体外部，液面下的液体受到的实际压力为：P ' = P o - P s ；当液面为凸形时，合力指向液体内部，液面下的液体受到的实际压力为： P ' = P o + P s 。
这一合力P S ，即为弯曲表面受到的附加压力，附加压力的方向总是指向曲率中心。
实验二十四 最大泡压法测定溶液的表面张力
前者表明加入溶质使液体表面张力下降，此类物质叫表面活性物质；后者表明加入溶质使液体表面
张力升高，此类物质叫非表面活性物质。本实验测定正吸附情况。
3、饱和吸附量和溶质分子的横截面积
在一定的温度下，吸附量Γ与浓度 c 之间的关系，可用 Langmu饱和吸附量，K 为经验常数，其值与溶质的表面活性大小有关。将上式两边取倒数，即
2、如果将毛细管末端插入溶液内部进行测量行吗？为什么？
答：不行。如果那样做就会在毛细管中产生一段水柱，产生压力，则测定管中的压力就会变大，使测 量结果变大。即将毛细管末端插入到溶液内部时，毛细管内会有一段水柱，产生压力 Pˊ，则测定 管中的压力 Pr 会变小，△pmax 会变大，测量结果偏大。
3、本实验中为什么要读取最大压力差？
3、同上法，测量 0.05、0.1 、0.2 、0.3 、0.4 、0.5 、0.7 mol·dm-3 正丁醇水溶液。
4、实验结束，彻底洗净测定管，注入蒸馏水到和毛细管相切位置。关闭仪器的电源。整理实验台面。
Ⅴ、实验原始数据记录 实验温度： 29.4℃
实验大气压：
101.59kPa
浓度/ moldm-3 Δp1/kPa Δp2/kPa Δp3/kPa Δp 平均/kPa σ/10-3N.m-1
-0.36 -0.36 -0.36 -0.36 37.7
-0.34 -0.34 -0.34 -0.34 35.2
-0.29 -0.29 -0.29 -0.29 30.1
Ⅵ、实验数据处理
实验数据处理如下所示：
室温 ℃ 大气压 Pa 溶液浓度 Pmax1 Pmax2 Pmax3 Δpmax σ*1E3/ Nm-1 Ln c σ/ Nm-1 直线斜率 吸附量 /molm-2
最大泡压法测溶液的表面张力
七、思考题
1、有哪些因素影响表面张力测定的结果？如 何减小以致消除这些因素对实验的影响？
2、用最大泡压法测定表面张力时，为什么要 读取最大压力差？
3、在测量中，如果抽气速度过快，对测量结 果有何影响？
六、数据处理
1、以纯水测得结果按（15～8）式计算仪器 常数K’值，水的表面张力由附录表中查出
2、用表格列出各浓度的溶液压力差值，并求 得其表面张力值。
3、在方格坐标纸上作σ-c图 ，并在σ-c曲线上 取10～20个点，分别作出切线，并求得对
应的斜率。
4、根据方程（15-2）求算各浓度的吸附量，并 作出(c/ Γ)-c图，由直线斜大气泡法表面张力测定装置 1-滴液漏斗，2-支管试管，3-毛细管，4-恒 温槽，5-压差计
根据拉普拉斯公式，气泡承受的压力差也最大。 （15-6）
三、仪器与试剂
表面张力测定装置 洗耳球 滴管 不同浓度的乙醇溶液
1套 1个 1个
四、实验步骤
仪器常数的测定 溶液的表面张力的测定
五、实验注意事项
1、测定用的毛细管一定要清洗干净，否则气泡 不能连续稳定地通过，而使压力计读书不稳定。
2、控制好出泡速度，不要使气泡一连串地脱 出，，读取压力计的压差时，应取气泡单个逸 出时的最大压力差。
3、洗涤毛细管时不能用热风吹干或烘烤，避免毛 细管的结构发生变化。
4、实验结束后要将所用仪器全部洗涤干净。
最大泡压法测定溶液的表面张力
南昌大学物理化学实验报告学号：5802216018 实验日期：2018-3-27实验二最大泡压法测定溶液的表面张力一、实验目的1、 掌握最大泡压法测定表面张力的原理及操作；2、 了解表面张力、表面功、表面吉布斯函数、表面吸附的概念及相互关系3、 测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力。
二、实验原理液体表面层中的分子与体相中的分子所处的力场不同，内部分子所受合力为 零，而表面层中的分子，所受到的作用力指向液体内部，这种作用力使表面层中的 分子有离开液面进入内部的趋势，即液体表面有自动缩小的倾向。
这种使液面收 缩的单位长度上的力即为 表面张力（Y ,单位N-m -1） 0液体的表面张力是液体的 重要性质之一，与液体的温度、压力和组成均有关系。
从热力学角度看，液体表面 层中的分子比内部分子具有更高的平均位能，即表面吉布斯自由能（表面吉布斯 函数）。
通常把增加单位面积表面所引起系统的吉布斯函数的改变量称为单位表 面吉布斯函数（单位为J ・m -2） °它等于恒温恒压下增加单位面积表面，系统从外 界得到的可逆非体积功，即单位表面功（单位为J ・m -2） °表面张力与单位表面吉 布斯函数、单位表面功虽为不同的物理量，但其量值与量纲均相同：恒温恒压下，系统表面吉布斯函数减小的过程为自发过程。
与纯液体依靠缩 小表面积来低表面吉布斯函数不同，溶液除了缩小表面积，还可以通过改变表面 层中溶质的浓度来降低表面吉布斯函数。
一定温度下，将溶质加入到纯液体中，会出现溶液表面层中溶质浓度与溶液 本体浓度不同的现象，称为表面吸附。
若溶质加入后溶液表面张力下降，则溶质将 自动富集于表面层，这种情况称为正吸附；反之则为负吸附；单位面积表面层中溶 质物学生姓名：李江生 专业班级：安工161Y (dA s质的量与溶液本体中等量溶剂所含溶质物质的量的差值，称为溶质的表面过剩3（也称为表面吸附量）。
一定的温度、压力下，溶质的表面过剩与溶液表面张力、浓度之间的关系满足吉布斯吸附等温式：C B ? d YRT dc B式中,r B为溶质B的表面过剩，mol ・m2;c B为溶质B在溶液本体中的平衡浓度,mol • dm 3；丫为溶液的表面张力,N • m 1；T为热力学温度，K。
物理化学实验报告：最大泡压法测定溶液的表面张力
欲使液体产生新的表面 ΔA，就需对其做功，其大小应与 ΔA 成正比：
－W′＝σ·ΔA
（1）
它表示液体表面自动缩小趋势的大小，σ 称为比表面自由能，其量纲为 J·m-2。因其量 纲又可以写成 N·m－1，所以 σ 还可称为表面张力。其量值与溶液的成分、溶质的浓度、温
度及表面气氛等因素有关。
2、溶液的表面吸附
至于恒温水浴内恒温 10min。毛细管需垂直并注意液面位置，然后按图接好测量系统。慢慢
打开抽气瓶活塞，注意气泡形成的速率应保持稳定，通常控制在每分钟 8-12 个气泡为宜，
即数字微压微压差测量仪的读数（瞬间最大压差）约在 700-800pa 之间。读数 3 次，取平均
值。
4、测量乙醇溶液的表面张力
按实验步骤三分别测量不同浓度的乙醇溶液。从稀到浓依次进行。每次测量前必须用少量
根据能量最低原理，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中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守吉布斯(Gibbs)吸附方程：
1.3435
25%乙醇
-0.478
1.3465
30%乙醇
-0.452
1.3491
35%乙醇
-0.450
1.3516
40%乙醇
-0.422
1.3539
2.数据处理：
（1）以纯水的测量结果按方程计算 K′值。
解得 K′=σ1∕△p1=71.97*10-3N*m-1/(-0.765kpa)=0.094 （2）根据所测折光率，由实验提供的浓度-折光率工作曲线查出各溶液的浓度。
实验八十三 最大泡压法测定溶液的表面张力
EMBED Equation.3 （3）
式中k为经验常数，与溶质的表面活性大小有关。由上式可知，当浓度很小时，Γ与c成直线关系；当浓度较大时，Γ与c成曲线关系；当浓度足够大时，则呈现一个吸附量的极限值，即 EMBED Equation.3 。此时若再增加浓度，吸附量不再改变。所以 EMBED Equation.3 称为饱和吸附量。 EMBED Equation.3 可以近似的看做是在单位表面上定向排列呈单分子层吸附时溶质的物质的量。求出 EMBED Equation.3 值，即可算出每个被吸附的表面活性物质分子的横截面积As。
式中L为阿伏加德罗常数。
因此，如测得不同浓度溶液的表面张力，从γ-c曲线可求得不同浓度的斜率dγ/dc，即可求出不同浓度的吸附量Γ，再从c/Г-c直线上求出Г∞，便可计算出溶质分子的横截面积As。
4、最大泡压法
测定表面张力的方法很多，本实验用最大泡压法测定正丁醇水溶液的表面张力。实验装置如图83-4所示。
式中γ为液体的比表面自由能，单位为J·m-2，即增加单位表面积引起系统吉布斯自由能的增量，或者单位表面积上的分子比相同数量的内部分子“超额的” 吉布斯自由能。也可将γ看作液体限制其表面，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，单位为N·m-1。γ表示了液体表面自动缩小趋势的大小，其值与液体的成分、溶质的浓度、温度及表面气氛等因素有关。
2、溶液的表面吸附
纯液体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，由于溶质能使溶剂表面张力发生改变，因此，可以通过调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。
最大泡压法测定溶液的表面张力
最大泡压法测定溶液的表面张力
预习思考题
1. 表面张力的定义是
，单位
。测定表面张力的意义是
。
2. 溶 液 的 表 面 吸 附 是 指
，当
时，发生正吸
附
；当
时，发生负吸附，此时溶液本体浓度
液体
表面浓度，此时，溶液本体浓度
液体表面浓度。
3. 表面活性剂是能够
的物质。
4. 最大泡压法测定表面张力，保持仪器和药品的清洁是实验成功的关键，因为
如果以 N 代表 1m2 表面层的分子数，则：
N Γ NA
式中， NA 为 Avogadro 常数，则每个分子的截面积 A 为：
2
A
1 Γ N
A
测定表面张力的方法很多，有最大泡压法、拉环法、张力计法等，在本实验中，采用最
大泡压法来测定液体的表面张力。装置图如下。
待测液体置于支管试管中，使毛细管端面与液面相切，液面随着毛细管上升至一定高度。
量。吸附量与浓度之间的关系可以用 Langmuir 等温吸附方程式表示：
Γ
Γ
1
Kc Kc
式中，Γ 表示吸附量，通常指单位质量吸附剂上吸附溶质的摩尔数；Γ∞表示饱和吸附量；c
表示吸附平衡时溶液的浓度；K 为常数。将上式整理可得如下形式: cc 1 Γ Γ KΓ
作 c/Γ ~ c 图，得一直线，由此直线的斜率和截距可求常数 Γ∞和 K。
力学方法研究表面现象时采用的物理量，液体的表面张力和表面吉布斯自由能在数值上是相
等的，但是具有不同的物理意义。
液体的表面张力与温度、纯度等因素有关。温度愈高，表面张力愈小；纯度发生变化时，
表面张力也相应发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。
最大泡压法测定溶液的表面张力
最大泡压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，计算饱和吸附量醇分子的截由表面张力的实验数据求正丁面积及吸附层的厚度。
二、实验原理1表面张力的产生液体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引，由于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，如图所示，这种吸引力使表面上的分子自发向内挤促成液体的最小面积。
在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的表面自由能的增值称为单位表面的表面能（J ∙m2）。
若看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（N∙ m1）。
事实上不仅在气液界面存在表面张力，在任何两相界面都存在表面张力。
表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向是表面积缩小的一侧。
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。
由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。
2、弯曲液面下的附加压力静止液体的表面在某些特殊情况下是一个弯曲表面。
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。
弯曲液体表面平衡时表面张力将产生一合力P s,而使弯曲液面下的液体所受实际压力与外压力不同。
当液面为凹形时，合力指向液体外部，液面下的液体受到的实际压力为：P = P o - F S ;当液面为凸形时，合力指向液体内部，液面下的液体受到的实际压力为：P = P o + P S 。
这一合力P S ,即为弯曲表面受到的附加压力，附加压力的方向总是指向曲率中心。
附加压力与表面张力的关系用拉普拉斯方程表示：（式中σ为表面张力，R 为弯曲表面的曲率半径，该公式是拉普拉斯方程的特殊式，适用于当弯曲表面刚好为半球形的情况）。
实验四 最大泡压法测定溶液的表面张力
仪器常数 K=
水
h 最大
72.11103 N/m =0.767N/m2 9.40 102 m
不同浓度正丁醇溶液的表面张力σ= Kh 最大
7
物化实验报告
正丁醇的浓度 c(mol/L) 表面张力 σ N/m
0.0328 0.06289
0.0656 0.05983
0.132 0.05829
0.0000016 0.0000014 0.0000012 0.0000010 0.0000008 0.0000006 0.0000004 0.0000002 0.0000000 -0.0000002 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
图二：Γ-c 等温图
2.50E+008
式中，Δ p 为附加压力；σ为表面张力；R 为弯曲表面的曲率半径。
4.毛细现象 毛细现象则是上述弯曲液面下具有附加压力的直接结果。假设溶液在毛细管表面完全润 湿，且液面为半球形，则由拉普拉斯方程 Ps=2σ/R 以及毛细管中升高的液柱高度所产生的 压力Δp=ρ gh，通过测量液柱高度即可求出液体的表面张力。这就是毛细管上升法测定溶液 表面张力的原理。此方法要求管壁能被液体完全润湿，且液面呈半球形。
图四 被吸附的分子在界面上的排列图
图五 表面张力和浓度关系图
根据朗格谬尔(Langmuir)公式:
Г∞为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的Г，
以 C/Г对 C 作图，得一直线，该直线的斜率为 1/Г∞。 由所求得的Г∞代入 A=1/Г∞L 可求被吸附分子的截面积(L 为阿佛加得罗常数)。
5
物化实验报告
五.数据处理
实验数据的记录如下： 表一 仪器常数的测量 压力差Δh（cm） 实验次数 实验结果 平均值 1 9.40 2 9.40 9.40 表二 实验数据记录 气压： 1014.8mbar 加入正丁 0.150 0.300 0.600 0.900 1.50 2.50 3.50 正丁醇的浓 1 8.20 7.80 7.60 7.46 7.38 7.36 7.36 2 8.20 7.80 7.60 7.46 7.38 7.36 7.36 0.0328 0.0656 0.132 0.197 0.328 0.547 0.766 温度： 23.8℃ 压力差Δh（cm） 3 8.20 7.80 7.60 7.46 7.38 7.36 7.36 平均值 8.20 7.80 7.60 7.46 7.38 7.36 7.36 3 9.40
最大泡压法测定溶液的表面张力
最大泡压法测定溶液的表面张力
1. 连接电源，打开电源开关（在仪器后面板上），在水浴槽中加入蒸
馏水至加热棒的上沿处。
2. 设置水浴温度（一般设置为25℃，当气温较高时，一般设置为气
温+5℃），开启加热开关和搅拌开关，调节合适的搅拌速率（一般为550-600r/min左右）。
3. 清洗样品管，装入蒸馏水至刻度线处，调节液位调节器，使毛细
管与液面相切，恒温10-15min，进行毛细管常熟测定。
4. 将仪器的出气口与样品管的增压操作口连接，将增/减压操作切换
开关打到增压侧，调节气速调节器使压力变化容易读数，记录压力表显示的最大正压力值，读取三组数据；将增/减压操作切换开关打到中间位置（断路位置），将仪器的出气口与样品管的减压操作口连接，将增/减压操作切换开关打到减压侧，调节气速调节器使压力变化容易读数，记录压力表显示的最大负压力值，读取三组数据；用水的标准表面张力值和上述测定的最大正压力值与最大负压力值的差值计算毛细管常数。
5. 依照步骤4和5，对待测样品溶液进行测量。
从小浓度依次到大浓
度，每次测完后将样品倒入废液回收处，直接用下一个高浓度样品涮洗样品管，再次装入样品，恒温10-15min后进行测量。
（应注意液位计的液位高度变化，切不可液位相差过高）
6. 测量结束，关闭增/减压开关，关闭搅拌，关闭控温开关，打开平
衡开关，使两液位计液位向平，关闭平衡开关。
7. 数据处理，计算待测溶液溶质（正丁醇）的分子截面积。
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。
事实上，滴下来的仅仅是液滴的一部分。
14问题实验八十三最大泡压法测定溶液的表面张力【精选】
实验八十三最大泡压法测定溶液的表面张力预习提问1、液体表面层分子与液体内部的分子所处的环境是否一样？2、什么是表面张力？什么是表面自由能？两者有何区别和联系？3、表面张力的大小与那些因素有关？4、纯液体如何降低其表面自由能？5、溶液如何降低其表面自由能？6、什么是溶液的表面吸附？7、水的表面张力因加入溶质形成溶液而改变，根据变化情况可将溶质分为几类？8、表面活性物质在水溶液的表面是如何排列的？9、溶液的表面吸附量是什么？它与哪些因素有关？10、如何求溶液的表面吸附量？11、什么是溶液的饱和吸附量？如何求？12、溶液的饱和吸附量与溶质分子的横截面积有何关系？13、如何求溶质分子的横截面积？14、测溶液的表面张力有哪些方法？15. 玻璃毛细管插入不同的溶液中，毛细管中的液面高于、低于还是与溶液液面相平？16、简述最大泡压法测定溶液的表面张力的实验原理。
17、要做好这个实验关键因素有哪些？18、用最大泡压法准确测定溶液的表面张力需注意哪些问题？思考题1. 简述用最大泡压法测定溶液的表面张力的实验原理。
2. 简述用最大泡压法测定正丁醇溶液的表面张力后，如何求得出正丁醇分子的横截面积？3. 在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中，测量液体表面张力时为什么要读取最大压力差？4. 在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中，测量液体表面张力时滴水过快，对测量结果有何影响？5. 在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中，测量表面张力时毛细管末端插入到溶液内部进行测量行吗？为什么？6. 在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中，表面张力仪的清洁与否和温度的不恒定对测量数据有何影响？7. 在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中，为什么要求从毛细管中逸出的气泡必须均匀而间断？8. 在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中，如何控制出泡速度？若出泡速度太快对表面张力测定值有何影响？9. 在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中，哪些因素影响表面张力的测定？应当如何减小或消除这些因素的影响？书后思考题（1）用最大泡压法测定表面张力时为什么要读最大压差？（2）如果将毛细管末端插入到溶液内部进行测量行吗？为什么？（3）表面张力仪（玻璃器皿）的清洁与否和温度的不恒定对测量数据有何影响？答：越清洁越好，多数杂质，特别是有表面活性的物质会明显降低溶液的表面张力，一般表面张力随温度变化会有变化，所以要保持恒温。
最大泡压法测定溶液的表面张力
最大泡压法测定溶液的表面张力一、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。
二、实验原理1、表面张力的产生液体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引，由于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，如图所示，这种吸引力使表面上的分子自发向内挤促成液体的最小面积。
在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的表面自由能的增值称为单位表面的表面能（J·m-2）。
若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）。
事实上不仅在气液界面存在表面张力，在任何两相界面都存在表面张力。
表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向是表面积缩小的一侧。
（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。
由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。
2、弯曲液面下的附加压力静止液体的表面在某些特殊情况下是一个弯曲表面。
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。
弯曲液体表面平衡时表面张力将产生一合力P s ，而使弯曲液面下的液体所受实际压力与外压力不同。
当液面为凹形时，合力指向液体外部，液面下的液体受到的实际压力为： P ' = P o - P s ；当液面为凸形时，合力指向液体内部，液面下的液体受到的实际压力为： P ' = P o + P s 。
这一合力P S ，即为弯曲表面受到的附加压力，附加压力的方向总是指向曲率中心。
最大气泡压力法测定溶液的表面张力实验报告
宁 波 工 程 学 院物理化学实验报告专业班级 化本092 姓名 周培 实验日期 2011年6月2日 同组姓名 徐浩 郑志浩 指导老师 刘旭峰 王婷婷 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、表面自由能、表面张力和吸附量关系的理解。
二、实验原理1、对纯溶剂而言，其表面层与内部的组成是相同的，但对溶液来说却不然。
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。
这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。
在一定的温度和压力下，溶液表面吸附溶质的量与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＝－RT c (c∂∂σ)T （2） 式中：Γ为吸附量(mol.m －1)；σ为表面张力(J ·m —’)；T 为绝对温度(K)；c 为溶液浓度(mol ．L －1”)；根据朗格谬尔公式得：Γ＝－Γ∞K/1+Kc式中Γ∞为饱和吸附量，即表面被吸附分子的截面积布满一层分子时的Γ。
以C/Γ对C 作图，得一直线，该直线的斜率为Γ∞2、图2是最大气泡压力法测定表面张力的装置示意图。
将欲测表面张力的液体装于支管试管5中，使毛细管6的端面与液面相切，液面即沿着毛细管上升，打开滴液漏斗2的活塞进行缓慢抽气，此时由于毛细管内液面上所受的压力（p 大气）大于支管试管中液面上的压力 （p 系统），故毛细管内的液面逐渐下降，并从毛细管管端缓慢地逸出气泡。
在气泡形成过程中，由于表面张力的作用，凹液面产生了一个指向液面外的附加压力Δp ，因此有下述关系：p 大气＝p 系统＋ΔpΔp ＝p 大气－p 系统 (3)附加压力Δp 和溶液的表面张力σ成正比，与气泡的曲率半径R 成反比，其关系式为Δp ＝2σ/R (4)若毛细管管径较小，则形成的气泡可视为是球形的。
实验D12 最大泡压法测定溶液的表面张力
实验D-12 最大泡压法测定溶液的表面张力实验目的用最大泡压法测定十六烷基氯代吡啶水溶液的表面张力，求得它的临界胶束浓度。
实验原理凡能显著降低液体的表面张力(或两相间界面张力)的物质称为表面活性剂，表面活性剂的分子有共同的特点，即分子结构具有不对称性，分子由极性部分(或称亲水基团)和非极性部分(或称憎水基团)组成。
它在两相界面上以极性部分“溶入”极性溶剂(如水、乙醇)，而以非极性部分“溶于”非极性溶剂(多数有机物，俗称油)中，在界面上形成定向排列使界面不饱和力场得到某种程度上的平衡,从而降低表面张力(或界面张力)。
表面张力随表面活性物质浓度变化见图D12-1。
当表面活性物质浓度很稀时，其分子大多聚集在表面，表面张力随浓度的增加而急剧下降(图D12-1中A) .当浓度增加到足够多，溶液的表面被表面活性分子定向排列布满 (见图D12-1中B),如果再继续增加表面活性物质的浓度，表面活性物质分子能“挤入”表面的数量很小，留在溶液内部的表面活性物质分子以几十、几百个地聚焦在一起，排列成憎水基向里，亲水基团朝外的胶团(也称胶束)，表面活性剂形成胶团(或胶束)的最小浓度叫做临界胶束浓度，以C ．M ．C. (即：Critical Micelle Concentration)表示。
临界胶束浓度即图中B 点，过了B 点，继续增加浓度，表面相浓度变化很小，故表面张力下降很慢，如图中C 。
实际情况因杂质影响，常在临界胶束浓度附近出现一极小点。
R<r R=r R>r 时间 图D12-1表面活性剂溶液表面张力σ与浓度关系 图D12-2 最大泡压法原理 测定溶液的表面张力方法很多，本实验采用最大泡压法．和液面接触的毛细管鼓出空气泡时，需要高于外界大气压力的附加压力，以克服表面张力。
根据Laplace 公式1211()P r r σ∆=+r 1和r 2是气液界面的二个主曲率半径，当气泡是球形时r 1＝r 2＝R(R 为球半径)，σ为表面张力，ΔP 为附加压力。
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南昌大学物理化学实验报告
学生姓名：李江生 学号：5802216018 专业班级：安工161 实验日期：2018-3-27
实验二 最大泡压法测定溶液的表面张力
一、实验目的
1、掌握最大泡压法测定表面张力的原理及操作；
2、了解表面张力、表面功、表面吉布斯函数、表面吸附的概念及相互关系;
3、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力。
二、实验原理
液体表面层中的分子与体相中的分子所处的力场不同,内部分子所受合力为零,而表面层中的分子,所受到的作用力指向液体内部,这种作用力使表面层中的分子有离开液面进入内部的趋势,即液体表面有自动缩小的倾向。
这种使液面收缩的单位长度上的力即为表面张力(γ,单位N·m -1)。
液体的表面张力是液体的重要性质之一,与液体的温度、压力和组成均有关系。
从热力学角度看,液体表面层中的分子比内部分子具有更高的平均位能,即表面吉布斯自由能(表面吉布斯函数)。
通常把增加单位面积表面所引起系统的吉布斯函数的改变量称为单位表面吉布斯函数(单位为J·m -2)。
它等于恒温恒压下增加单位面积表面,系统从外界得到的可逆非体积功,即单位表面功(单位为J·m -2)。
表面张力与单位表面吉布斯函数、单位表面功虽为不同的物理量,但其量值与量纲均相同:
s
`
r
,S dA δW )δA δG ( γ=
=P T 恒温恒压下,系统表面吉布斯函数减小的过程为自发过程。
与纯液体依靠缩小表面积来低表面吉布斯函数不同,溶液除了缩小表面积,还可以通过改变表面层中溶质的浓度来降低表面吉布斯函数。
一定温度下,将溶质加入到纯液体中,会出现溶液表面层中溶质浓度与溶液本体浓度不同的现象,称为表面吸附。
若溶质加入后溶液表面张力下降,则溶质将自动富集于表面层,这种情况称为正吸附;反之则为负吸附;单位面积表面层中溶质物质的量与溶液本体中等量溶剂所含溶质物质的量的差值,称为溶质的表面过剩3(也称为表面吸附量)。
一定的温度、压力下,溶质的表面过剩与溶液表面张力、浓度之间的关系满足吉布斯吸附等温式：
B
B B dc d γ
RT c -Γ∙=
式中,B Γ为溶质B 的表面过剩,mol·2-m ;B c 为溶质B 在溶液本体中的平衡浓度,mol·3dm -;γ为溶液的表面张力,N·1m -;T 为热力学温度,K 。
一定温度、压力下,测定一系列不同浓度(B c )溶液的表面张力γ,作出γ-
B C 曲线。
本实验采用最大泡压法测定正丁醇水溶液的表面张力,研究正丁醇分子在溶液表面的吸附情况。
最大泡压法所依据的原理是:将毛细管端口垂直与溶液表面相切,管内液体自动上升到一定高度。
随着管内压强缓慢降低，外部压强缓慢加压于毛细管内,管内气体将其中的液体压至管口,在毛细管口处形成气泡并慢慢长大,气泡的曲率半径由大逐渐变小,当气泡的曲率半径与毛细管口半径刚好相等时,气泡为半球状,曲率半径最小,而后半径又逐渐变大。
根据拉普拉斯方程可知,当气泡的曲率半径与毛细管口半径刚好相等时,泡内外压差最大,此时气泡所承受的压差为：
r
γ2=
-=∆外内p p p 式中,max P △为气泡内外最大压力差（取正值）,可通过数字式微压差测量仪测得;r
为毛细管半径,实验时，它是定值。
根据上式,可推出表面张力：
B c γ=O 2H γ×max p △
(B c )/max P △(O H 2)（O 2H γ可通过查表获取） 继续减小压力,外部压强缓慢加压于毛细管内，气泡的曲率半径变大,气泡表面膜所能承受的附加压力变小,使毛细管中的气泡破裂或脱离管口溢出。
三、仪器与药品
仪器：减压装置一套,数字式微压差测量仪1台,毛细管（内径为0.15~0.20mm)1支
药品：蒸馏水,正丁醇溶液（浓度为0.40mol ·3dm -）
四、实验步骤
1、用蒸馏水和浓度为0.40mol ·3dm -正丁醇溶液配制出浓度分别为
0.2mol ·3dm -、0.1mol ·3dm -、0.05mol ·3dm -、0.025mol ·3dm -、0.0125mol ·
3dm -的正丁醇溶液。
2、装好装置后（实验时，已事先装好了），打开微压差测量仪，在通大气的情况下按“采零”按钮。
3、将毛细管及试样管用蒸馏水清洗三次,试样管加入适量蒸馏水。
插入毛细管,调节毛细管的下端面恰好与试样管内液面垂直相切。
4、打开分液漏斗的旋塞使水滴下,随着试样管内压力逐渐减小,气泡开始从毛细管下端口逸出。
此时调节水的下滴速率使微压差测量仪示数缓慢增加,并且气泡单个单个地逸出，读取气泡生长过程中微压差测量仪示数的最大值。
连续记录最
高压差值三次,求其平均值,即max P △
（O H 2）。
5、将试样管中纯水倒掉,按照步骤(3)、(4)的方法,由稀到浓依次测定不同浓度的正丁醇溶液的最大压差值。
每次更换溶液时需用待测试样液按少量多次的原则清洗毛细管及试样管。
五、数据处理
1、实验数据列于如下表中：
实验温度：16.00℃； 大气压：101.89kPa ； O 2H γ:73.34×310-N ·1m -
2、以浓度B C 为横坐标,表面张力γ为纵坐标作γ-c 图：
六、思考题
(1) 用最大泡压法测定溶液表面张力的原理是什么?如何求不同浓度正丁醇溶液的表面张力? 答：见实验原理
(2) 某同学在实验过程中不小心将毛细管打破,换用另一根毛细管继续进行实验,问是否可行?为什么?
答：不行，毛细管半径发生了改变，使不能用公式：
B c γ=O 2H γ×max P △
(B C )/max P △(O H 2) 来计算表面张力。
(3)如果将毛细管下端面插入被测液体内,将给所测液体表面张力带来什么影响？
答：如果这样的话，实验测得的压强包括毛细管中液柱压出所需的压强和气泡产生形成的压强，使测量结果偏大。
七、实验结果与讨论
与查找到的文献及书中给出图表对照，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，可能由以下原因引起:
(1)出泡速率太快。
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控制得不够好。
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深度，使插入深度接近0。
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，对于测定结果也有一定的影响。