最大气泡压力法测定溶液的表面张力

－W=△G=σ△S
（1）
式中： △G为单位表面自由能 （J·m-2）; σ为表面 张力（N ·m-1），液体单位表面自由能和它的表 面张力在数值上是相等的。
液体表面张力的大小与液体的种类、与其共存的另 一相的性质以及温度、压力等因素有关。
缩小表面积和降低表面张力，都可以降低系统的自由能。纯液体 用缩小其表面积来降低系统的自由能，而溶液是调节溶质在表 面层浓度来促使系统自由能的降低。我们把溶质在表面层中与 在本体溶液中浓度不同的现象称为溶液的表面吸附。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 入的溶质量之间的关系可用吉布斯（Gibbs）公式表示： （2）
得其Z值，根据
式计算各浓度下的吸附量Γ，
并画出Γ~C的关系图。
浓度C % C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8
Z
Γ/ mol·m-2
附录
• 1. 由斜率求算吸附量Γ的方法如图19-3所示，在σ~ c图上
任找一点o, 过o点作切线ab，此曲线的斜率为：
而 所以
m
Z 0c1

Z c1
Z c1
2. 仪器常数的测定 （1）调节恒温槽的温度至25±0.05℃。 （2）仔细洗净样品管和毛细管，然后在滴液瓶中装满
水。在样品管中加入适量的重蒸馏水，使水面与毛 细管端面相切。将样品管恒温10分钟。注意毛细 管必须与液面垂直。
（3）松开与通大气玻璃管相连接的橡胶管，使系统与 大气相同，按下数字压力计的“采零”键，对数字 压力计采零，此时，压力计显示为0（将大气压参考 为0）。再将通大气玻璃管密封。可按数字压力计的 “单位”键来选择适合实验的压力单位。
最大气泡压力法测定溶液的 表面张力
一、实验目的
• 1．测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力， 计算吸附量与浓度的关系。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。
• 2．掌握一种测定表面张力的方法——最大 气泡法。
二、基本原理
由于表面层分子比溶液内部分子有较大的位能（表 面自由能），所以，在等温等压组成不变的条件 下，欲使液体表面积增加△S，所消耗的可逆功 W为：
式中：Γ为吸附量（mol·m-2）; σ为表面张力（N ·m-1）;T为绝对 温度（K）；c为溶液浓度（mol·L-1）；R为气体常数（8.314 J·K-1 ·mol-1）。表示在一定温度下表面张力随溶液浓度而改变 的变化率。
从（2）式可以看出，只要测定溶液的浓度和表面张力，就可以求 得各种不同浓度下溶液的吸附量Γ。
1
2
Pm ax1 Pm ax2
（1）
则：
KP Pmax2
2
Pmax1 1
（2）
max2
其中 K=1 /pmax1为毛细管常数
K值可以通过测定已知表面张力的物质求得（本实验用重蒸馏水作为标准， 25℃时，σ水= 0.07197 N ·m-1）。根据（2）式可以求出其它液体的表 面张力σ2 。


c



c RT
(
c
)T

Z RT
• 2. 不同温度下水的表面张力σ为：
温 度/ ℃
20 25
表面张力 σ×103 /N ·m-1 72.75 71.97
σ~ c图
30 35 71.18 70.38
六、注意事项
• 1.测定用的毛细管一定要干净，否则气泡不 能连续稳定地逸出，使压力计的读数不稳， 且影响溶液的表面张力。
• 2.毛细管一定要保持垂直，管口端面刚好与 液面相切。
• 3.读取压力差时，应取气泡单个逸出时的最 大值。
预习问题
• 1.为什么要测毛细管常数？ • 2.气泡形成过程中其半径的变化情况示意图
中，p最大由大到小的排列顺序如何？
Fra Baidu bibliotek
三、仪器和药品（讲义P101）： 四、操作步骤
1. 预压及气密性检验
缓慢加压至一定压力，观察数字压力计显示值变化情况， 若1分钟内显示值稳定，说明系统无泄露。确认无 泄露后，泄压至零，并反复预压2~3次，方可正式 测试。
（4）打开滴液瓶活塞进行缓慢抽气，使气泡从毛细管 口逸出。调节气泡逸出速度不超过20个/ min，读出 压力计所显示最大压力差数值，重复三次，取其平 均值，即为P最大1。（若压力计显示最大数值不稳， 须检查：毛细管是否洗净干燥；系统密闭性能是否 良好；真空胶管内是否有水汽或污物窜入。）
3. 测定各浓度下正丁醇的表面张力
设毛细管半径为r ，气泡由毛细管口逸出时受到向下总作用力为πr2 P最大 。
其中P最大 = P大气—P系统 气泡在毛细管口受到表面张力引起的作用力为： 2πrσ。
当气泡逸出时，上述两压力相等，即： πr2 P最大 = 2πrσ
若将表面张力为σ1、σ2的两种液体采用同一毛细管和压力计，分别测 定其最大压力差，则有：
最大气泡压力法的实验装置图
显然，在气泡形成过程中，气泡半径由大变小，再由小变大
（如下图中(a)、(b)、(c)所示），所以压力差 p则由小变大，然 后再由大变小。当气泡半径r等于毛细管半径R时，压力差达到最 大值 pmax。压力差一般由精密数字压力计读出。
气泡形成过程中其半径的变化情况 示意图
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数字压力计读数P最大 kPa
1
2
3
压力差平均值 kPa
仪器常数K
重蒸馏水
2.不同浓度正丁醇溶液的最大压力差、表面 张力和浓度，作σ~ c关系曲线
样品 浓度%
1＃ 2＃ 3＃ 4＃ 5＃ 6＃ 7＃ 8＃
P最大/ kPa
1
2
3
压力差平均值 kPa
σ N·m-1
3.在σ~ C曲线上任取8~10个点，分别作出切线，求
在本实验中，溶液的表面张力测定是应用最大气泡压力法，其实 验装置如图下所示。
将待测溶液装入样品管中，使毛细管的端面与液面相切液面即沿 毛细管上升。打开滴液瓶活塞缓慢放水（抽气），则样品管中的空气 体积增大，压力逐渐减小，毛细管中液面上所受的压力大于样品管液 面上的压力，此时毛细管中的液体就会被压至管口，并形成气泡。
松开通大气玻璃管，再样品管中换入以配置好的正丁醇 水溶液，重复步骤（3）、（4），得到P最大2（注意： 须从稀到浓依次进行，每次测量前必须用少量被测 液洗涤样品管，尤其是毛细管部分，确保毛细管内 外溶液的浓度一致）。
五、数据记录和处理
室温：
℃
大气压：
kPa
恒温槽温度： ℃
1.仪器常数测定
σ 标准物质 N·m-1