表面张力的测定实验报告

浙江万里学院生物与环境学院化学工程实验技术实验报告

实验名称：溶液表面张力的测定

（1）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、学习使用Matlab 处理实验数据

（2） 实验原理

1、 表面自由能：从热力学观点看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总的自由能减小的过程。如欲使液体产生新的表面A ∆，则需要对其做功。功的大小应与A ∆成正比：-W=σA ∆

2、 溶液的表面吸附：根据能量最低原理，溶质能降低溶液的表面张力时，表面层中溶

质的浓度应比溶液内部大，反之，溶质使溶液的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低。这种表面浓度与溶液里面浓度不同的现象叫“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 c

RT c )(∂∂-=Γσ(1)当0

<⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂T

c σ时，Γ>0，溶质能减少溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附，此类物质叫表面

活性物质。（2）当0>⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂T

c σ时，Γ<0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶液表面层

的浓度小于内部的浓度，称为负吸附，此类物质叫非表面活性物质。由

T

c RT c )(∂∂-

=Γσ

可知：通过测定溶液的浓度随表面张力的变化关系可以求得不同浓

度下溶液的表面吸附量。

3、 饱和吸附与溶质分子的横截面积：吸附量Γ浓度c 之间的关系，有Langmuir

等温方程式表示：c

K c

K ·1·+Γ=Γ∞

4、 最大泡压法：

（3） 实验装置与流程：将燃烧热实验的主要设备、仪器和仪表等

按编号顺序添入图下面相应位置：

1． 恒温套管 2． 毛细管 3．数字式微压差测量仪 4． 滴液瓶 5． 烧杯 6．连接橡皮管

（4） 简述实验所需测定参数及其测定方法：

1、测定各浓度试剂在25℃的压强，

2、根据σ/∆P=K ，可用蒸馏水的压强差求出K 值，也

图11－4

就是毛细管常数。3、根据σ/∆P=K ，可求出各浓度的σ值。4、通过excel 作c σ-图，作

c -c

Γ

图，可根据Г∞=1/K ，求出饱和吸附量的值。

（5） 实验操作要点：

溶液浓度的准确性和所用毛细管、恒温套管的清洁程度。因此除事先用热的洗液清洗它们以外，每改变一次测量溶液必须用待测的溶液反复洗涤它们，以保证所测量的溶液表面张力与实际溶液的浓度相一致。并控制好出泡速度、平稳地重复出现压力差。而不允许气泡一连串地出。洗涤毛细管时切勿碰破其尖端，影响测量。温度对该实验的测量影响也比较大，实验中请注意观察恒温水浴的温度，溶液加入测量管后恒温10min 后再进行读数测量。

二、 实验操作及原始数据表（20分）

1、 记录数据表格：

2、25℃时水的表面张力为σ＝71.97×10-3N ·m -1，以σ/∆P=K 求出所使用的毛细管常数。

K=P

∆σ

=422.01097.713-⨯-= -0. 1705

三、 数据处理结果（30分）

作正丁醇的c σ-图

作正丁醇吸附等温线

Г∞正丁醇饱和吸附量

Г∞正丁醇饱和吸附量：Г∞=1/K=1÷0.7372=1.356

正丁醇分子截面积So=1/Г∞~

N (~

N 为阿佛加得罗常数)。 So=1/Г∞~

N =0.7372⨯6.02⨯1023=4.438⨯1023

σ2= K ×∆P 2= - 0.1705×-0.470=80.14×10-3N ·m -1 σ3= K ×∆P 3= - 0.1705×-0.445=75.87×10-3N ·m -1 σ4= K ×∆P 4= - 0.1705×-0.397=67.69×10-3N ·m -1 σ5= K ×∆P 5= - 0.1705×-0.378=64.45×10-3N ·m -1 σ6= K ×∆P 6= - 0.1705×-0.331=56.44×10-3N ·m -1 σ7= K ×∆P 7= - 0.1705×-0.313=53.37×10-3N ·m -1 σ8= K ×∆P 8= - 0.1705×-0.285=48.59×10-3N ·m -1

T c

RT c )(2∂∂-

=Γσ

=63.79×105-mol ·m -2

四、 思考讨论题（20分）

1. 溶液表面上的“吸附”现象是怎样表现的？为什么会出现溶液表面的吸附现象？

答：在溶液的表面层中的物质浓度与溶液内部物质浓度不同的现象叫“吸附”。

出现表面吸附现象的原因是能量最低原理

2. 液体的表面张力大小与哪些因素有关？

答：与该液体所处的温度、压力、液体的组成以及与之共存的另一相的组成有

3. 用最大气泡压力法来测量表面张力时，毛细管尖端为何要刚好接触液面？答：如果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压力。

4. 本实验结果准确与否关键决定哪些因素？

答：本实验结果准确的关键在于仪器必须洗涤清洁，毛细管应保垂直，其端部应保持平整，溶液恒温后，体积略有改变，应注意毛细管平面与液面接触处要相切。控制好出泡速度、平稳地重复出现压力差。

5. 本实验在数据处理过程中引入误差较大的处理是什么？