最大泡压法测定溶液的表面张力
物理化学实验报告：最大泡压法测定溶液表面张力
物理化学实验报告：最大泡压法测定溶液表面张力最大泡压法测定溶液的表面张力I、目的要求1、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2、掌握用最大气泡压法测定表面张力的原理和技术。
3、测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和乙醇分子的横截面积U、实验原理1、表面自由能从热力学观点来看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总自由能减小的过程，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? A(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Jm-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：C d ▽RT ( dc式中：Γ为溶质在气一液界面上的吸附量(2)(单位为mol m-2);RT ( dc式中：Γ为溶质在气一液界面上的吸附量(2)(单位为mol m-2); T为热力学温度(K)；C(―)T > 0时，Γ V C称为负吸附。
dc当(d(―)T > 0时，Γ V C称为负吸附。
dcdc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与浓度在一定的温度下，吸附量Γ与浓度C之间的关系，可用Langmuir吸附等温式表示(3)(3)4、表面张力的测定方法——最大泡压法 1GB=当毛细管下端端面与被测液体液面相切时，液体沿毛细管上升。
最大泡压法测定溶液的表面张力
（2）测定不同浓度乙醇溶液的表面张力 配制浓度分别为0.02，0.05，0.10，0.15，0.20， 0.25，0.30，0.35，0.50mol.L-1 正丁醇溶液各50ml。 按（1） 数据记录和处理
(1) 记录实验温度，大气压，以及蒸馏水和不 同浓度乙醇溶液的的△h。 (2) 按式（7-66）计算毛细管常数K。不同温度 下纯水的表面张力见附录14。
最大泡压法测表面张力
（3）求乙醇的分子截面积 饱和吸附量
kc 1 kc
(7-68)
c 作 ～c图，由直线斜率求
1 c 1 k
求乙醇分子截面积
1 ＝ L
(7-69)
8
最大泡压法测表面张力
3. 实验步骤
（1） 测定毛细管常数K. 将蒸馏水装于带支管的毛细管，使毛细管的端 面与液面相切，打开滴液漏斗的活塞，使水缓慢滴 下而降低系统的压力，气泡均匀逸出，读取U形压 力计两臂最大高度差。
2
最大泡压法测表面张力
2. 实验原理
体相分子：
（1）溶液的界面吸附 纯液体和其蒸气组成的体系 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。
2 G (J m ) γ A T , P ,nB
g
l
比表面自由能（表面张力）
3
最大泡压法测表面张力
溶液： 体系可调节溶质在表面相的浓度来降低 表面自由能。
(3) 按式（7-66）计算不同浓度乙醇溶液的表 面张力。
10
最大泡压法测表面张力
(4)作 ～c/c 曲线，在曲线上分别取c / c 为0.03， 0.05，0.10，0.15，0.20，0.30，0.40的点作 d 切线，求切线斜率 。 dc / c
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）
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。
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、简述最大泡压法测定溶液的表面张力的实验原理。
答：实验装置如图83-4所示。
将被测液体装于测定管中，打开滴液瓶活塞缓缓放水抽气，系统不断减压，毛细管出口将出现一小气泡，且不断增大。
若毛细管足够细，管下端气泡将呈球缺形，液面可视为球面的一部分。
随着小气泡的变大，气泡的曲率半径将变小。
当气泡的半径等于毛细管的半径时，气泡的曲率半径最小，液面对气体的附加压力达到最大，如图5所示。
在气泡的半径等于毛细管半径时：p 内＝p 外气泡内的压力： p 内=p 大气-2γ/r气泡外的压力： p 外=p 系统+ρgh实验控制让毛细管端口与液面相切，即使h=0，p 外= p 系统根据附加压力的定义及拉普拉斯方程，半径为r 的凹面对小气泡的附加压力为△p max = p 大气- p 系统= p 最大=2γ/r （6）于是求得所测液体的表面张力为max 'max 2p K p r ∆=∆=γ （7） 此后进一步抽气，气泡若再增大，气泡半径也将增大，此时气泡表面承受的压力差必然减小，而测定管中的压力差却在进一步加大，所以导致气泡破裂从液体内部逸出。
最大压力差可用数字式压力差仪直接读出，K ′称为毛细管常数，可用已知表面张力的物质来确定。
2、简述测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和正丁醇分子横截面积的实验原理。
答：根据能量最低原则，当溶质能降低溶剂的表面张力时，溶质表面层中的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，溶质表面层中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。
表面吸附的多少常用表面吸附量Γ表示，其定义为：单位面积表面层所含溶质的物质的量比与同量溶剂在本体溶液中所含溶质的物质的量的超出值。
显然，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有关，从热力学方法可知它们之间的关系遵守吉布斯（Gibbs ）吸附等温方程： T⎪⎭⎫ ⎝⎛-=Γdc d RT c γ 用吉布斯吸附等温式计算某溶质的吸附量时，可由实验测定一组恒温下不同浓度c 时的表面张力，以γ对c 作图，可得到γ-c 曲线，将曲线上某指定浓度下的斜率d γ/d c 代人（2）式，即可求得该浓度下溶质在溶液表面的吸附量Γ。
(情绪管理)最大气泡压力法测定溶液的表面张力最全版
（情绪管理）最大气泡压力法测定溶液的表面张力最大气泡压力法测定溶液的表面张力壹、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、基本原理在壹个液体的内部，任何分子周围的吸引力是平衡的。
可是在液体表面表面层中，每个分子都受到垂直于且指向液体内部的不平衡力。
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，通常把增大壹平方米表面所需的最大功A或增大壹平方米所引起的表面自由能的变化△G,称为单位表面的表面能，其单位为J·m－1；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N·m－1。
如欲使液体表面面积增加ΔS时，所消耗的可逆功A应该是：壹A＝ΔG＝σΔS（1）液体的表面张力和温度有关，温度愈高，表面张力愈小。
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。
这种表面浓度和溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。
在壹定的温度和压力下，溶液表面吸附溶质的量和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＝－()T（2）式中：Γ为吸附量(mol·m－1)；σ为表面张力(J·m-1)；T为绝对温度(K)；c为溶液浓度(mol．L －1)；R为气体常数(8．314J．K—I·mol－1)。
()T表示在壹定温度下表面张力随溶液浓度而改变的变化率。
如果σ随浓度的增加而减小，也即()T<0，则Γ>0，此时溶液表面层的浓度大于溶液内部的浓度，称为正吸附作用。
如果σ随浓度的增加而增加即()T>0，则Γ<0，此时溶液表面层的浓度小于溶液本身的浓度，称为负吸附作用。
最大泡压法测定溶液的表面张力
最大泡压法测量溶液表面张力
哎哟喂，说起这个“最大泡压法”来测溶液的表面张力，那真是个技术活儿，讲究得很！咱们四川人讲究实干，不扯那些虚的。
你想啊，就跟你泡茶一样，水温、茶叶量都得刚刚好，泡出来的味道才巴适。
这表面张力嘛，就像是你倒杯水在桌子上，那水边儿上紧绷绷的，不容易散开，那就是张力在作怪。
现在，我们要用最大泡压法来量它个准头。
咋个整呢？首先，得有个精密的仪器，里头装起待测的溶液，再慢慢往里头打气儿，就像吹泡泡一样。
关键来了，当那个泡泡刚好要破没破的时候，气压达到顶峰，这时候的气压差值，就跟那溶液的表面张力有直接关系。
咱们四川话说就是“卡点子上”，要的就是这个火候。
操作起来，那可得细心又耐心，手一抖，气打多了少了都不行。
数据一出来，嘿，那才是硬道理。
根据这个数据，咱们就能晓得这溶液的表面张力有多大了，对于研究材料啊、化工啊，那都是顶顶重要的。
所以说，这最大泡压法，别看名字听起来玄乎，其实原理简单得很，就是要个精细和准确。
咱们四川人做事，讲究的就是这个“精益求精”，测出来的结果，那自然是杠杠的！。
最大泡压法测定溶液表面张力实验报告
物理化学实验报告
20xx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= -（d?/dc）T（c/RT）。
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）。
最大泡压法测定溶液的表面张力
将（14-3）式化成直线方程则：
C kC 1 C 1 k k
（14-4）
若以σ—C作图可以得到一条直线，有直线斜率 即可求出假设在饱和吸附的情况下，在气液截面 上铺满一单分子层，由此可得每个溶质分子在表 面所占据的横截面积S0。
S 1 N 0
式中L为阿伏加得罗常数。因此若测得不 同浓度的溶液的表面张力，从σ—c曲线上 求出，便可计算出溶质分子的横截面积S0。
• 由于存在表面张力平衡过程，故用最大泡压法测 平衡表面张力，泡速要慢。
• 对于一些从体相迁移到表面相速度很慢的物质， 即使泡速很慢，测出的表面张力实际上仍是动表 面张力,往往和用其它方法测定值相差较大，即通 常所讲最大泡压法平衡性能较差．但它对测定冶 金中液态金属有较大优越性，可把耐高温毛细管 插在液态金属中，而远距离测出ΔP。
数据处理
• 根据溶液温度查表可知水的表面张力。
•
根据公式 力。
p m a x
2
r气
，可得各溶液的表面张
• 作ΔPmax -浓度图，并在曲线上取两个点 （C=0.05和0.20处），分别作出切线并求相 应的斜率，求出这两个点的吸附量。
• 根据方程（14-2）求算各浓度的吸附量，并 作出(c/ Γ)-c图，由直线斜率求其Γ ∞，并计 算横面积S0值。
• 用最大泡压法测定易发泡液体的表面张力 时应注意哪些问题？
• 有些物质（如十二烷基硫酸钠）用最大泡 压法测定其溶液的表面张力往往和用其它 方法（如滴重法）测量结果相差较大，试 简单分析其原因。
在σ—c曲线上任意选一点i做切线，即可 得该点所对应浓度ci的斜率（d/dci）T代入 （14-2）式，可求出不同浓度时的吸附量Γ。
饱和吸附与溶质分子的横截面积。
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。
最大泡压法测溶液的表面张力
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
三峡大学化学与生命科学学院化学系物理化学教研室制
一、实验目的及要求
1、通过测定不同浓度的正丁醇水溶液的表面 张力，计算表面吸附量与浓度的关系及吸附量 和正丁醇分子的横截面积。
2、了解表面张力的性质，表面能的意义及表 张力和吸附的关系。
3、掌握用最大泡压法测定表面张力的原理和 技术。
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，由直线斜率求其Γ ∞，并计 算横面积S0值。
二、实验原理
图1 最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
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？
最大泡压法测定溶液的表面张力
根据能量最低原则，当溶质能降低溶剂的表面张力时，它在表面层中的溶质浓度比溶液内部的大；
最大泡压法测定溶u液的有表些面张物力质溶入溶剂以后，能使溶剂的表面张力显著降低，这类物质 P根m据a能x =量ρΔ最h低g 原则被，称当溶为质表能降面低活溶剂性的物表面质张。力时工，业它在和表面日层常中的生溶活质浓中度被比溶广液泛内部使的用大；的去污剂、乳化剂、 它表示了液体表面润自湿动缩剂小以趋势及的起大小泡，剂其量等值等也液都体是的成表分面、溶活质性的浓物度质、温。度及表面气氛等因素有关。 σ乙为醇液水体溶的液表的面浓自度u由由能阿以，贝亦表折称光面表仪面张测张定力力。（对单浓位为度J·m作-2）图。，可得到σ-c曲线，开始σ随浓度增加而迅速 3、测定不同浓度下乙醇降水，溶液以的后表面的张变力，化计算比表较面吸缓附慢量 。在σ-c曲线上任选一点作切线，即可得该 当以最同大样 泡方压>法法0将测时大定，试溶点管液<所中的0,换表对称以面为应不张负同力浓吸浓附度度。的的乙斜醇溶率液（，dd测c 出) T不同。的压力差，再用公式求出表面张力。 以同样方法将大试u管中本换实以不验同采浓度用的乙最醇大溶液气，泡测出法不测同的定压乙力差醇，再水用溶公式液求的出表表面面张力张。力 ， 通 过 乙 醇 水 溶 P以m同a样x =方ρΔ法h将g 大试液管的中换表以面不同张浓力度的和乙浓醇溶度液的，测关出系不同求的出压力表差面，再吸用附公式量求，出表仪面器张力装。置如图：
若3、用测同定一不支同毛浓细度发管乙，生醇同水变一溶压化液力的，计表，因面对张此两力种可，具计以有算表通表面面过张吸力调附σ量1节，σ溶2的质液在体而表言面，则层有的下列浓关度系式来：降低表面自由能。 （二）毛细管洁u净根与否据对能所测量数最据有低何原影响则？，当溶质能降低溶剂的表面张力时，它在表面层中 反面之吸， 附溶。质使溶的剂的溶表质面张浓力度升高比时溶，它液在内表面部层的中的大浓度；比反溶液之内，部的溶浓质度低使，溶这种剂表的面浓表度面和内张部力浓度升不高同的时现，象叫它做溶液的表
实验十 最大泡压法测定溶液的表面张力
实验十最大泡压法测定溶液的表面张力一、实验目的1．了解表面张力的性质，表面能的意义以及表面张力和吸附的关系。
2．掌握一种测定表面张力的方法——最大泡压法。
二、实验原理1．物体表面分子和内部分子所处的环境不同，表面层分子受到向内的拉力。
如果把一个分子由内部迁移到表面，就需要对抗拉力而做功。
在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面增加dA 所需对体系做的功，叫表面功，可以表示为：dA W ⋅=-σδ'(1) 式中σ为比例常数。
σ在数值上等于当T 、p 和组成恒定的条件下增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非体积功，也可以说是每增加单位表面积时体系自由能的增加值。
环境对体系作的表面功转变为表面层分子比内部分子多余的自由能。
因此，σ称为表面自由能，其单位是焦耳每平方米(J ／m 2)。
若把σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。
从另外一方面考虑表面现象，特别是观察气液界面的一些现象，可以觉察到表面上处处存在着一种张力，它力图缩小表面积，此力称为表面张力，其单位是牛顿每米(N ／m)。
表面张力是液体的重要特性之一，与所处的温度、压力、浓度以及共存的另一相的组成有关。
纯液体的表面张力通常是指该液体与饱和了其本身蒸气的空气共存的情况而言。
2．纯液体表面层的组成与内部层相同，因此，液体降低体系表面自由能的唯一途径是尽 可能缩小其表面积。
对于溶液则由于溶质会影响表面张力，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，若溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比溶液内部来得大。
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来得低，这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫“吸附”。
显然，在指定温度和压力下，吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。
Gibbs 用热力学的方法推导出它们间的关系式：T dcd RT c )(σ-=Γ(2) 式中Γ为表面超量(mol ／m 2)；σ为溶液的表面张力(J ／m 2)；T 为热力学温度；c 为溶液浓度(mol ／m 3)；R 为气体常数。
最大气泡压力法测定溶液的表面张力
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、基本原理在一个液体的内部，任何分子周围的吸引力是平衡的。
可是在液体表面表面层中，每个分子都受到垂直于并指向液体内部的不平衡力。
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△G,称为单位表面的表面能，其单位为J ·m －1；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N ·m －1。
如欲使液体表面面积增加ΔS 时，所消耗的可逆功A 应该是：一A ＝ΔG ＝σΔS （1）液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。
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 -1)；T 为绝对温度(K)；c 为溶液浓度(mol ．L －1)；R 为气体常数(8．314J ．K —I ·mol －1)。
(c∂∂σ)T 表示在一定温度下表面张力随溶液浓度而改变的变化率。
如果σ随浓度的增加而减小，也即(c∂∂σ)T <0，则Γ>0，此时溶液表面层的浓度大于溶液内部的浓度，称为正吸附作用。
如果σ随浓度的增加而增加即(c ∂∂σ)T >0，则Γ<0，此时溶液表面层的浓度小于溶液本身的浓度，称为负吸附作用。
最大泡压法测定溶液表面张力
最大泡压法测定溶液表面张力
最大泡压法测定溶液表面张力
最大泡压法，又称为担子法，是测量溶液表面张力的常用方法。
它通过测量在溶液表面上创建的泡压来测定溶液表面张力。
实验过程简单，但实验技巧很重要，数据准确性较高。
最大泡压法测定溶液表面张力主要由以下几个步骤：1.准备实验设备，包括显微镜、放大器、调制器等；2.将实验条件（如测试液、温度等）设置好；3.在溶液表面上插入微型担子，担子被排入溶液表面后，用微型调制器调节其偏移量；4.随着微型调制器的偏移量的增加，担子将会创建一个泡压，泡压会不断增大，当到达最大时，测定溶液表面张力的值；5.测定完成后，将担子及时取出，表面张力测定完成。
最大泡压法是一种快速、简单、准确的溶液表面张力测定方法，但是需要有正确的实验技巧才可以确保测定结
果的准确性。
此外，操作过程中应注意安全，避免伤害自身。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
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)。
3、毛细现象毛细现象则是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，则由拉普拉斯方程以及毛细管中升高（或降低）的液柱高度所产生的压力P=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。
4、最大泡压法测定溶液的表面张力实际上，最大泡压法测定溶液的表面张力是毛细管上升法的一个逆过程。
其装置图如所示，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，由于毛细现象液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，系统减压，毛细管内液面上受到一个比表面张力仪瓶中液面上（即系统）大的压力，当此压力差——附加压力(Δp ＝ 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口液体的表面张力时，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，其关系式为拉普拉斯公式:R p σ2=∆.P s =2σR如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。
当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大；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和毛细管半径r相等，曲率半径达最小值，根据上式这时附加压力达最大值，气泡形成过程如下图所示。
气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。
根据上式，R ＝r时的最大附加压力为：对于同一套表面张力仪，毛细管半径r，测压液体密度、重力加速度都为定值，因此为了数据处理方便，将上述因子放在一起，用仪器常数K来表示，上式简化为：式中的仪器常数K可用已知表面张力纯水来标定。
5、溶液中的表面吸附欲使液体产生新的表面ΔS ，就需对其做表面功，其大小应与ΔS 成正比，系数为即为表面张力γ ，－W =γ×ΔS 。
在定温下纯液体的表面张力为定值，只能依靠缩小表面积来降低自身的能量。
而对于溶液，既可以改变其表面张力，也可以减小其面积来降低溶液表面的能量。
通常以降低溶液表面张力的方法来降低溶液表面的能量。
当加入某种溶质形成溶液时，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 (式中，Г为溶质在表层的吸附量；σ为表面张力；C 为吸附达到平衡时溶质在溶液中的浓度。
)：若Tdc d ⎪⎭⎫ ⎝⎛γ＜0，则Γ＞0，此时表面层溶质浓度大于本体溶液，称为正吸附。
引起溶剂表面张力显著降低的物质叫表面活性剂。
若Tdc d ⎪⎭⎫ ⎝⎛γ＞0，则Γ＜0，此时表面层溶质浓度小于本体溶液，称为负吸附。
上述形式仅适用于稀溶液。
6、吸附量的计算和被吸附分子截面积计算当界面上被吸附分子的浓度增大时，它的排列方式在改变着，最后，当浓度足够大时，被吸附分子盖住了所有界面的位置，形成饱和吸附层。
这样的吸附层是单分子层，随着表面活性物质的分子在界面上愈益紧密排列，则此界面的表面张力也就逐渐减小。
以表面张力对浓度作图，可得到σ-C 曲线。
开始时σ随浓度增加而迅速下降，以后的变化比较缓慢。
在σ-C 曲线上任选一点a 作切线，得到在该浓度点的斜率经，代入吉布斯吸附等温式，得到该浓度时的表面超量（吸附量），同理，可以得到其他浓度下对应的表面吸附量，以不同的浓度对其相应的Г可作出曲线，Г ＝ f （C )称为吸附等温线。
饱和吸附量Г∞：对于正丁醇的吸附等温线，满足随浓度增加，吸附量开始显著增加，到一定浓度时，吸附量达到饱和，因此可以从吸附等温线得到正丁醇的饱和吸附量Г∞。
假定正丁醇在水溶液表面满足单分子层吸附。
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∞ 。
被吸附分子的截面积：S o = 1 / (Г∞N) ( N 为阿佛加得罗常数)。
吸附层厚度：ρMΓd ∞=,ρ是溶质的密度，M 是溶质的分子量。
三、注意事项1、测定系统不能漏气，减压管上端通大气活塞一定要关紧，不能漏气；2、所用毛细管必须干净、干燥，不能堵塞，应保持垂直，其管口刚好与液面相切；3、减压管中液体流动速度要好好调，不要太快，应使气泡以5~10秒溢出一个的速度为佳；4、读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差；5、在测定中，要按照浓度从小到大的顺序测定，降低不同浓度之间溶液的影响。
四、实验记录1、仪器与试剂仪器：最大泡压法表面张力仪1套；吸耳球1个；移液管(5mL1支、 1mL 1支)；烧杯(500mL，1只)；温度计1支试剂：正丁醇(AR)；蒸馏水2、实验步骤（1) 仪器准备与检漏将表面张力仪容器和毛细管洗净、用电吹风吹干。
在恒温条件下将一定量蒸馏水注入表面张力仪中，调节液面，使毛细管口恰好与液面相切。
打开抽气瓶活塞，使体系内的压力降低，当U型管测压计两端液面出现一定高度差时，关闭抽气瓶活塞，若2～3min内，压差计的压差不变，则说明体系不漏气，可以进行实验。
（2）仪器常数的测量打开抽气瓶活塞，调节抽气速度，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且每个气泡形成的时间约为5 ～ 10 s。
当气泡刚脱离管端的一瞬间，压差计显示最大压差时，记录最大压力差，连续读取三次，取其平均值。
再由手册中，查出实验温度时，水的表面张力σ，则仪器常数.（3）表面张力随溶液浓度变化的测定用移液管分别移取，，，，，，，，正丁醇，移入9个50mL的容量瓶，配制成一定浓度的正丁醇溶液。
然后由稀到浓依次移取一定量的正丁醇溶液，按照步骤2所述，置于表面张力仪中测定某浓度下正丁醇溶液的表面张力。
随着正丁醇浓度的增加，测得的表面张力几乎不再随浓度发生变化。
五、实验结论1、实验数据记录温度：℃大气压：2、数据处理（1）计算仪器常数K和不同浓度正丁醇溶液的表面张力，绘制σ-c等温线①仪器常数K的计算27℃时水的表面张力σ为×10-3N/mK= N/m2②正丁醇浓度计算正丁醇的密度为cm3正丁醇的摩尔质量为mol得：体积（ml）浓度（mol/m3）高度差平均值/cm 表面张力σ（×10-2N/m）③绘制σ-c等温线（2）根据吉布斯吸附等温式，求出Г和c/Г根据公式，可求出每个数据点的切线斜率，代入数据可得以下结果：浓度（mol/m3）该浓度点的斜率 ()T(×10-4)表层吸附量Г（×10-6mol/m2）c/Г(×106m-1)（3）绘制Г-c等温线（4）绘制（c/Г）-c等温线（5）求饱和吸附量Г∞，并计算正丁醇分子截面积S o和吸附单分子层厚度d饱和吸附量Г∞的计算由原理可知，以c/Г对c作图得一直线，该直线的斜率为1/Г∞从（c/Г）-c等温线可以得出该直线的方程为Y =+ X，直线的斜率为×106，R2=，所以求得饱和吸附量Г∞=1/（×106）mol/m2=×10-6 mol/m2被吸附分子的截面积So=1/（Г∞N）=1/（×10-6××1023）=×10-19m2 =这与文献值较为接近。
吸附层厚度d=（Г∞M）/ρ=（×10-6×）/（×106）=×10-10m=3、结果分析与讨论实验所得吸附层厚度比理论值大，原因可能是：正丁醇分子间存在氢键，其相互结合的能力或与水层结合的能力相比较强，因此容易形成双分子层吸附或多分子层吸附，使得实验测量吸附层厚度偏大。
由实验结果看来，本次实验在各方面均存在一定的误差，而造成这种误差的原因主要有：（1）实验过程中无法准确判断毛细管是否与液面相切，在测量过程中可能会插入的时候稍微会比较浅一些或者深一些。
（2）气泡的速度难以控制，在实验过程中，难以保证5~10s出一个气泡，一般情况下，时间间隔都会比较短。
（3)实验过程中△h的读取，因为液面高度变化的速度很快，所以我们读到的数据偏差会比较大。
（4)我们小组的仪器气密性不好，难以调节到一个一个气泡冒出的情况，不仅读数上有困难，数据也会有偏差。
(5)本实验为小组合作实验，由于个人操作习惯的不同，容易给实验带来更大的随机误差。