表面张力的测定实验报告分析

浙江万里学院生物和环境学院

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

姓名

成绩 班级 学号

同组姓名 实验日期 15年12月28日 指导教师签字

批改日期

年 月 日

（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。功的大小应和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。这种表面浓度和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，吸附和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、 饱和吸附和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） 实验装置和流程：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和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： 正丁醇溶液浓

度mol·dm -3

0 0.01 0.025 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25

∆P 1

-0.463 -0.493 -0.468 -0.422 -0.396 -0.349 -0.324 -0.298 ∆P 2 -0.464 -0.489 -0.471 -0.419 -0.403 -0.353 -0.323 -0.301 ∆P 3 -0.455 -0.487 -0.463 -0.414 -0.393 -0.347 -0.327 -0.294 ∆P 4 -0.390 -0.438 -0.436 -0.403 -0.350 -0.315 -0.299 -0.264 ∆P 5

-0.410 -0.465 -0.423 -0.395 -0.360 -0.314 -0.304 -0.279

图11－4

最大气泡法测表面张力装置

∆P 6

-0.350 -0.447 -0.407 -0.331 -0.366 -0.305 -0.302 -0.274

压差读

数KPa

-0.422

-0.470 -0.445 -0.397 -0.378 -0.331 -0.313 -0.285

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

容量瓶编号12345678

溶液浓度

mol·dm-3

00.010.0250.050.100.150.200.25

压差读数KPa-0.422-0.47

-0.44

5

-0.39

7

-0.37

8

-0.33

1

-0.31

3

-0.28

5

正丁醇水溶液

σ *10-3

71.97 80.14 75.87 67.69 64.45 56.44 53.37 48.59 正丁醇水溶液

Γ*10-5

0 56.05 135.9 258.3 466.7 632.4 761.6 860.0 正丁醇水溶液

的c/Γ(102)

0 0.1784 0.1840 0.1936 0.2143 0.2372 0.2626 0.2907

σ

2

= K×∆P2= - 0.1705×-0.470=80.14×10-3N·m-1

σ

3

= K×∆P3= - 0.1705×-0.445=75.87×10-3N·m-1

σ

4

= K×∆P4= - 0.1705×-0.397=67.69×10-3N·m-1

σ

5

= K×∆P5= - 0.1705×-0.378=64.45×10-3N·m-1

σ

6

= K×∆P6= - 0.1705×-0.331=56.44×10-3N·m-1

σ

7

= K×∆P7= - 0.1705×-0.313=53.37×10-3N·m-1