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。
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=ρgh ，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=?.
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
P s =
2σ R
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T
dc 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T
dc 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：
ρM
Γd ∞=
,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、 1mL1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0.0500mL，0.150mL，0.300mL，0.600mL，0.900mL，1.50mL，2.50mL，3.50mL，4.50mL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：26.7℃大气压：1023.4hpa
正丁醇体积/ml
第一次第二次第三次
平均值
/cm 左/cm 右/cm
差值
/cm
左/cm 右/cm
差值
/cm
左/cm 右/cm
差值
/cm
0 14.4 9.0 5.4 14.4 9.0 5.4 14.4 9.0 5.4 5.4 0.0500 14.2 9.2 5.0 14.1 9.2 4.9 14.2 9.2 5.0 4.96 0.150 13.9 9.5 4.4 13.9 9.5 4.4 13.9 9.5 4.4 4.4 0.300 14.0 9.6 4.4 13.95 9.5 4.35 14.0 9.5 4.5 4.42 0.600 13.6 9.8 3.8 13.6 9.8 3.8 13.6 9.8 3.8 3.8
0.900 13.5 9.9 3.6 13.5 9.9 3.6 13.5 9.9 3.6 3.6
1.50 13.3 10.1 3.2 13.3 10.1 3.2 13.3 10.1 3.2 3.2
2.50 1
3.1 10.3 2.8 13.1 10.3 2.8 13.2 10.3 2.9 2.83
3.50 13.0 10.4 2.6 13.0 10.4 2.6 13.05 10.45 2.6 2.6
4.50 12.9 10.5 2.4 12.9 10.5 2.4 12.9 10.5 2.4 2.4
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71.66×10-3N/m
K= 1.3270 N/m2
②正丁醇浓度计算
正丁醇的密度为0.8098g/cm3正丁醇的摩尔质量为74.12g/mol
得：
体积（ml）浓度（mol/m3）高度差平均值/cm 表面张力σ（×10-2N/m）
0.05 10.9 4.96 6.5819 0.15 32.8 4.4 5.8388 0.3 65.6 4.42 5.8653 0.6 131.1 3.8 5.0426
0.9 196.7 3.6 4.777
1.5 327.8 3.2 4.2464
2.5 546.3 2.83
3.7554
3.5 76
4.8 2.6 3.4502
4.5 983.3 2.4 3.1848
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)
10.9 -3.393 1.4827 7.35 32.8
-1.656 2.1776 15.06 65.6 -0.588 1.5464 42.42 131.1 -0.83 4.3624 30.05 196.7 -0.405 3.1938 61.59 327.8 -0.315 4.1396 79.19
546.3 -0.182 3.9861 137.05
764.8 -0.131 4.0166 190.41
983.3 -0.121 4.7699 206.14 （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 =13.58499+0.21148 X，直线的斜率为
0.21148×106，R2=0.9736，所以求得饱和吸附量Г∞=1/（0.21148×106）mol/m2=4.7286×10-6mol/m2
被吸附分子的截面积So=1/（Г∞N）=1/（4.7286×10-6×6.02×1023）=3.51×10-19m2=0.351nm2这与文献值0.274-0.289nm2较为接近。
吸附层厚度d=（Г∞M）/ρ=（4.7286×10-6×74.12）/（0.8098×106）=6.43×10-10m=0.433nm
3、结果分析与讨论
实验所得吸附层厚度0.433nm 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。
六、思考题：
1、毛细管尖端为何必须调节得恰与液面相切？否则对实验有何影响？
答：如果将毛细管末端插入到溶液内部，毛细管内会有一段水柱，产生压力P ，则测定管中的压力P 系统会变小，△P 会变大，测量结果偏大。
2、最大气泡法测定表面张力时为什么要读最大压力差？如果气泡逸出的很快，或几个气泡一齐出，对实验结果有无影响？
答：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，根据拉普拉斯(Laplace)公式，此时能承受的压力差为最大：△Pmax = P 大气 – P 系统= 2σ/γ。而
最大最大最大或h g p r r p ??==
?ρσσ2r
=22，读出最大高度差既得最大压力差即可得到溶液在该条件下
的表面张力。
如果气泡逸出速度速度太快或几个气泡一齐出，导致动态读数困难，在压力计上不易观察出其最高点而起到较大的误差。
3、本实验选用的毛细管尖的半径大小对实验测定有何影响？若毛细管不清洁会不会影响测定结果？
答：毛细管半径不能太大或太小。太大，会使测量的Pmax 小，引起的读数误差大；太小，气泡易从毛细管中成串、连续地冒出，泡压平衡时间短，压力计所读最大压力差不准，难以读数。
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，难以读数。
4、温度和压强的变化对测定结果有何影响？
答：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；系统与外界大气的压力差愈大，表面张力就越大。
5、对同一试样进行测定时，每次脱出气泡一个或连串两个所读结果是否相同，为什么？答：不同。连串几个气泡一齐出，吸附平衡就来不及在气泡表面建立起来，因而测的表面张力也不能反映该浓度下真正的表面张力值。
七、参考文献
[1]傅献彩,沈文霞.物理化学第五版[M],高等教育出版社,2015
[2]何广平,南俊民,孙艳辉.物理化学实验[M],化学工业出版社,2008.
[3]丑华,朱宇萍.大气泡法测定乙醇溶液表面张力[J].内江师范学院学报.2009,24(6):72-75
[4]王瑞芳. 最大泡压法测溶液表面张力实验数据的计算机处理[J].华南农业大学学报,2001,02:92-94.
[5]段德良,信文瑜,屈庆,曹秋娥.应用Origin软件处理乙醇水溶液表面张力实验数据[J]. 昆明学院学报,2011,06:103-105.
溶液中的吸附作用和表面张力的测定
溶液中的吸附作用和表面张力的测定 ——最大气泡压力法 【摘要】本实验采用最大气泡压力法测定了一系列不同浓度的正丁醇溶液的表面张力，并根据Gibbs吸附公式和Langmuir等温方程式的到了表面张力与溶液吸附作用的关系，用作图法求出了正丁醇分子横截面积，从实验上进一步了解表面张力的性质以及表面张力和吸附的关系，并得到了一个测量表面张力的简单有效而又精确的方法。 【关键词】最大气泡法表面张力吸附作用 一、前言 正丁醇是一种表面活性物质，可以使溶液表面张力下降。利用最大气泡压力法，可以测量出正丁醇溶液的表面张力。根据表面张力与气泡压力的关系，由σ-c曲线可以求出溶液界面上的吸附量和单个正丁醇分子的横截面积（S）。 1、物体表面的分子和内部分子能量也不同，表面层的分子受到向内的拉力，有自动缩小的趋势，表面分子的能量比内部分子大。体系产生新的表面（A）所需耗费功（W）的量，其大小应与A成正比。在等温下形成1m2新的表面所需的可逆功为，称为单位表面的表面能，其单位为N·m-1，通常称为表面张力。 2、纯液体情形下，表面层的组成与内部的组成相同，因此液体降低体系表面自由能的途径是缩小其表面积。对于溶液，溶质会影响表面张力，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。反之同理 。这种表面浓度与溶液里面浓度不同的现象叫“吸附”。 Gibbs 用热力学的方法推导出吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度间的关系式 ＝T c RT c ??? ??- ??σ 当( )?σ ?c T <0时， >0，称为正吸附。反之，( )?σ ?c T >0时， <0，称 为负吸附。 正丁醇溶液浓度极小时，溶质分子平躺在溶液表面上，当浓度增加到一定程度时，被吸附了的表面活性物质分子占据了所有表面形成了单分子的饱和吸附层。 在一定温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir 等温方程式表示：ΓΓ=?+?∞K C K C 1 或 C C K ΓΓΓ=+ ∞∞ 1 以 C Γ ～C 作图可得一直线，由直线斜率即可求出Γ∞。在饱和吸附情况下，正丁醇分子在气－液界面上铺满一单分子层，则可求得正丁醇分子的横截面积S N 01 = ∞Γ~ 3、最大气泡压力法：当表面张力仪中的毛细管截面与欲测液面相齐时，液面沿毛细管上升。当此压力差在毛细管端面上产生的作用 力稍大于毛细管口溶液的表面张力时，气泡就从毛细管口逸出。 张力与浓度的关系图
最大气泡法实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除最大气泡法实验报告 篇一：最大气泡法测表面张力实验报告 最大气泡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,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。 【实验原理】 1、表面张力的产生 纯液体和其蒸气组成的体系体相分子：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。要使液体表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功以增加
分子位能。所以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。 ?w=???A 如果ΔA为1m2，则-w′=σ是在恒温恒压下形成1m2新表面所需的可逆功，所以σ称为比表面吉布斯自由能，其单位为J·m-2。也可将σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为表面张力，其单位是n·m-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。 2、弯曲液面下的附加压力 （1）在任何两相界面处都存在表面张力。表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向使表面积缩小的一侧。 （2）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。 （3）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。（4）由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。3、毛细现象 （1）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。
最大气泡法测表面张力
最大气泡法测表面张力
液体的表面张力的一些影响因素： 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。 附加压力与表面张力的关系用拉普拉斯方程表示：（表面张力的公式）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。 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 = ρ g h，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。 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。其装置图如图所示，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： 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。
物理化学_溶液表面张力的测定_实验报告
液体表面张力的测定 龚聪（同组人：郭舒隽） 2012.11.8 摘要 我们采用最大气泡压力法测定了不同浓度正丁醇溶液的表面张力，发现随着溶液浓度的升高，表面张力下降，说明正丁醇是一种表面活性物质。 引言 从毛细管鼓出空气泡时，为了克服溶液因表面张力产生的附加压力，毛细管内的压力（大气压）要高于样品管中的压力。附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比： 2p= r σ?（1），其中，p ?为附加压力；σ为表面张力；r 为气泡的曲率半径。若毛细 管很小，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，这时气泡的半径r 最大；随着气泡的形成，r 逐渐变小，直到气泡成为半球形时，r 等于毛细管的半径R ，附加压力最大，气泡进一步增大，r 变小，附加压力减小，直到气泡逸出。 最大的附加压力m ax 2=p R σ?（2），表面张力m ax =2 R p σ?（3）。 在测量过程中，我们使毛细管端面与液面相切，这样可以忽略鼓泡所需克服的静压力，表面张力可直接用式（3）计算。 对于同一支毛细管， 2 R 称为仪器常数，可用K 表示。我们用表面张力已知的标准物质 ——水来测定仪器的K 值：22= H O H O K p σ?（4）。式（3）可写为m ax =K p σ??（5）。 实验仪器与试剂 表面张力测定仪1套；100m L 容量瓶8个；500m L 烧杯一个；胶头滴管1个；洗瓶1个；碱式滴定管1支 -1 0.5mol L ?正丁醇溶液 实验装置如下图所示
方法 1. 正丁醇溶液的配制 分别向八支100m L 的容量瓶中加入4、8、12、16、20、28、36和40mL 的-10.5mol L ?正丁醇溶液，定容以配制0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.14、0.18和0.20-1mol L ?的待测溶液并编号0-8。 2. 仪器常数K 的测定 洗净样品管和毛细管； 样品管中装入适量蒸馏水，调节样品管液面高度，使水面与毛细管端面相切； 打开数字压力计电源开关，旋转滴液漏斗上的活塞，使系统与大气相通，按下数字压力计上的“采零”键。关闭活塞，隔绝大气，打开漏斗活塞，水沿漏斗流下，系统的压力开始减小，此时有气泡从毛细管端逸出。控制出气泡的速度，每出一个气泡，压力计读数由小变大，再由大变小，读取6~7个该过程的最大示数。 3. 测定不同浓度正丁醇水溶液的m ax p ? 按照步骤2，从低浓度到高浓度分别测定正丁醇水溶液的m ax p ?。更换溶液时用待测溶液润洗样品管2~3次。 4. 关闭电源，倒掉所配溶液，用蒸馏水洗涤容量瓶和样品管。整理仪器。 数据 表格 1 计算 在本次实验条件下，标准物质—水在16.4°C 下的表面张力为-3 -1 68.7410N m ??。1 由式（4）得仪器常数22-3-4 3 68.7410 = = =2.18100.315010 H O H O K p σ???? 1 数据来源：《大学化学实验——有机及物理化学实验分册》（天津大学出版社）附录三，附表6-13
最大气泡压力法测定溶液表面张力.
物理化学实验最大气泡压力法测定溶液表面张力C210 2010-04-12 T=286.15K P=85.02kPa 一、实验目的 1.掌握最大气泡法测定溶液表面张力的原理和方法 2.测水溶液的表面张力并计算定不同浓度正丁醇计算吸附量 3.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 处于溶液表面的分子,受到不平衡的分子间力的作 用而具有表面张力s. 气泡最大压力法测定表面张力装置见实物；实验中 通过滴水瓶滴水抽气使得体系压力下降，大气压与体系 压力差△p逐渐把毛细管中的液面压至管口，形成气泡。 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，根据拉普拉斯公式得:附加压力达最大值ΔP max =σ/r min。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小， 直到气泡逸出。 加入表面活性物质时溶液的表面张力会下降,溶质 在表面的浓度大于其在本体的浓度,此现象称为表面吸 附现象; 单位溶液表面积上溶质的过剩量称为表面吸附量Γ, Γ=-(c/RT)*( dσ/dc). 对可形成单分子层吸附的表面活性物质，溶液的表面吸附量Γ与溶液本体浓度c之间的关系符合朗格谬尔吸附等温式: Γ=Γ∞*kc/1+kc 朗格谬尔吸附等温式的线性形式为: c/Γ=c/Γ∞+1/kΓ∞ Γ∞为饱和吸附时,单位溶液表面积上吸附的溶质的物质的量，则每个溶质分子在溶液表面上的吸附截面积为:A m=1/(N A*Γ∞) 三、仪器与试剂 恒温槽装置；数字式微压差计； 抽气瓶l个；表面张力测定仪 烧杯（1000mL）；T形管1个； 电导水； 正丁醇（A.R.）及其不同浓度的标准溶液； 四、实验步骤 1．仪器常数的测定 将表面张力测定仪清洗干净；在干净的表面张力测定仪中装入电导水，使毛细管上端塞子塞紧时，毛细管刚好与液面垂直相切；抽气瓶装满水，连接好后旋开下端活塞使水缓慢滴出；控制流速使气泡从毛细管平稳脱出（每个气泡4-6秒），记录气泡脱出瞬间数字微压差计的最大数值，取三次并求平均值。 2.测定正丁醇溶液的表面张力 用同样的方法测定不同浓度的正丁醇溶液的最大压差，由稀到浓依次测定；每个浓度的溶液测量前，表面张力测定仪和毛细管一起用该溶液荡洗二至三次；每份溶液恒温至少3－5min之后，开始读数。 3. 重复测定电导水的数据。 注意事项:仪器系统不能漏气；测定用的毛细管一定要洗干净，否则气泡可能不能连续稳定的流过，而使压差计读数不稳定，如发生此种现象，毛细管应重洗；毛细管端口一定要刚好垂直切入液面，不能离开液面，但亦不可深插；在数字式微压差测量仪上，应读出气泡单个逸出是的最大压力差；正丁醇溶液要准确配置，使用过程防止挥发损失；从毛细管口脱出气泡每次应为一个，即间断脱出；表面张力和温度有关，因此要等溶液恒温后再测量。
实验七-最大气泡压力法测定溶液表面张力
一、实验目的 1．掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理与技术。 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、表面张力与吸附量关系的理解。 二、实验原理 1、在一定温度下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时，表面张力发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质与加入量的多少。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。在指定的温度与压力下，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循吉布斯吸附等温式： Γ = –（c/RT）*（dγ/dc）① 式中，Г为溶液在表层的吸附量；γ为表面张力；c为吸附达到平衡时溶液在介质中的浓度。 根据朗格谬尔（Langmuir）公式： Γ =Γ∞Kc/（1＋Kc）② Γ∞为饱与吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的Γ∞ c/Γ =（1＋Kc）/（Γ∞K）= c/Γ∞＋1/Γ∞K ③ 以c/Г对c作图，则图中该直线斜率为1/Г∞。 由所得的Г∞代入A m=1/Г∞L可求被吸附分子的截面积（L为阿伏伽德罗常数）。 2、本实验用气泡最大压力法测定溶液的表面张力，其仪器装置如图1所示： 图1、最大气泡压力法测量表面张力的装置示意图 1、恒温套管； 2、毛细管（r在0.15～0.2mm）； 3、U型压力计（内装水）； 4、分液漏斗； 5、吸滤瓶； 6、连接橡皮管。
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，液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，毛细管内的液面上受到一个比A瓶中液面上大的压力，当此压力差——附加压力（△P=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： ΔP=2γ/R ④ 式中，ΔP为附加压力；γ为表面张力；R为气泡的曲率半径。 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，这时的曲率半径R与毛细管的半径r相等，曲率半径最小值，根据上式这时附加压力达最大值。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： ΔP最大= 2γ/r ⑤ 实际测量时，使毛细管端刚与液面接触，则可忽略气泡鼓起所需克服的静压力，这样就可以直接用上式进行计算。 当将其它参数合并为常数K时，则上式变为： γ=KΔP最大⑥ 式中仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。 三、仪器药品 1、仪器：最大泡压法表面张力仪1套，洗耳球1个，移液管(50ml与10ml)各一支，烧杯（500mL）。 2、药品：正丁醇（分析纯），蒸馏水。 四、实验步骤 1、仪器的准备与检漏 将表面张力仪容器与毛细管先用洗液洗净，再顺次用自来水与蒸馏水漂洗，烘干后按图5-9接好，检查是否漏气。 2、仪器常数的测定 调节液面与毛细管相切，并调节分液漏斗，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且速度控制在每分钟形成气泡5~10个（数显微压差测量仪为5~10s），当气泡刚脱离管端的一瞬间，压力计中液位差达到最大值，当显示的最大值比较稳定时，记下数据，重复调节2次并记下相应的数值。再由手册查出实验温度时水的表面张力，求得仪器常数K。 3、表面张力随溶液浓度变化的测定
溶液表面张力测定实验报告
学号：201114120222 基础物理化学实验报告 实验名称：溶液表面张力的测定 应用化学二班班级 03 组号 实验人姓名： xx 同组人姓名：xxxx 指导老师：杨余芳老师 实验日期： 2013-11-12 湘南学院化学与生命科学系 一、实验目的
1、测定不同浓度正丁醇（乙醇）水溶液的表面张力； 2、了解表面张力的性质，表面自由能的意义及表面张力和吸附的关系； 3、由表面张力—浓度曲线（σ—c 曲线）求界面上吸附量和正丁醇分子的横截面积S ； 4、掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 二、实验原理 测定液体表面张力的方法很多，如毛细管升高法、滴重法、环法、滴外形法等等。本实验采用最大泡压法，实验装置如图一所示。 图一中A 为充满水的抽气瓶；B 为直径为0.2～0.3mm 的毛细管；C 为样品管；D 为U 型压力计，内装水以测压差；E 为放空管；F 为恒温槽。 图一 最大泡压法测液体表面张力仪器装置图 将毛细管竖直放置，使滴口瓶面与液面相切，液体即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活栓，让水缓缓滴下，使样品管中液面上的压力渐小于毛细管内液体上的压力（即室压），毛细管内外液面形成一压差，此时毛细管内气体将液体压出，在管口形成气泡并逐渐胀大，当压力差在毛细管口所产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡破裂，压差的最大值可由U 型压力计上读出。 若毛细管的半径为r ，气泡从毛细管出来时受到向下的压力为： 式中，△h 为U 型压力计所示最大液柱高度差，g 为重力加速度，ρ为压力计所贮液体的密度。 气泡在毛细管口所受到的由表面张力引起的作用力为2πr?γ，气泡刚脱离管口时，上述二力相等： 若将表面张力分别为和的两种液体用同一支毛细管和压力计用上法测出各 g h p p p ρ?=-=系统大气m ax r g h r p rr πρππ22m ax 2=?=γπρππr g h r p r 22m ax 2 =?=g h r ργ?=2
最大气泡法测表面张力实验报告
最大气泡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, 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。 【实验原理】 1、表面张力的产生 纯液体和其蒸气组成的体系体相分子：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。要使液体表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功以增加分子位能。所以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。 W=A σ-?g 如果ΔA 为1m 2，则-W ′=σ是在恒温恒压下形成1m 2新表面所需的可逆功，所以σ称 为比表面吉布斯自由能，其单位为J·m -2。也可将σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为表面张力，其单位是N·m -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。 2、弯曲液面下的附加压力 （1）在任何两相界面处都存在表面张力。表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向使表面积缩小的一侧。 （2）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。 （3）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。 （4）由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。 3、毛细现象 （1）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。
最大气泡法测表面张力实验数据与处理
五、实验数据记录与处理 室温：24.3℃ 大气压：100.73Pa 1、乙醇水溶液的折光率 利用文献数据作n~c 工作曲线，依据实验测定数据，计算样品的浓度c 。 （1）将25℃时乙醇-水溶液的浓度与折光率关系表（表一），绘制成溶液浓度与折光率的工作曲线（图一）。 25℃恒温水浴下测得水的折射率为：1.3322/1.3323/1.3323 求得平均值为：1.332266667 利用水的折射率校正： n c/(mol/L) 图一 溶液浓度与折光率的工作曲线 （2）实验配制的乙醇溶液折光率数据如表二所示。
（3）将校正后的乙醇的折光率代入拟合直线方程中，得到各乙醇溶液的真实浓度。如表三所示。 2、待测液体的表面力 将实验测得的水和乙醇溶液的最大△P max值代入公式： γ测=（△P max，测*γ水）/△P max，水 （查阅附表，得γ水= 0.07197N/m） 表四待测样品的表面力测定 3、作γ~c曲线，求出各浓度下的斜率。 （1）作γ~c拟合曲线。γ，c的相关数据如表五所示，拟合直线见图二。
γ/(N /m ) c (mol/L) 图二 γ~c 拟合曲线 （2）用origin 作出γ~c 拟合曲线的斜率曲线，如图三所示。 0510 -0.02 -0.01 0.00 D e r i v a t i v e Y 1 Derivative X1 图三 γ~c 拟合曲线的斜率曲线 （3）将各乙醇溶液浓度代入斜率曲线，求出待测样品的(?γ/?c)T ，P 数据。数据见表六。
T ，P 4、利用吉布斯吸附等温方程式，计算出各溶液的Γ。 Gibbs 公式： Γ=P T c ,)(RT c -??γ 其中，R=8.314J/(mol*K), T=25.0+273.15=298.15K 将表六中数据代入公式，求出各溶液的Γ如表七所示。 5、做c/Γ~c 图，求出直线斜率，由斜率求出Γ∞，直线如图三所示。 5.0x101.0x101.5x102.0x102.5x10 3.0x10 c /Γ c (mol/L) 图三 c/Γ~c 图
实验七 最大气泡法测定液体的表面张力
实验七 最大气泡法测定液体的表面张力 卓冶13 李金阳 (一)、实验目的 1．掌握最大气泡法测定液体的表面张力的原理和方法。 2．熟悉表面张力的意义和性质，测定不同浓度液体的表面张力。 3．熟悉表面吸附的性质及与表面张力的关系。 (二)、实验原理 溶剂中加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化，加入表面活性物质（能显著降低溶剂表面张力的物质）则它们在表面层的浓度要大于在溶液内部的浓度，加入非表面活性物质则它们在表面层的浓度比溶液内部低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫溶液的吸附。显然，在指定的温度压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。从热力学可知，它们之间的关系遵守吉布斯吸附等温方程： T dc d RT c ??? ??- =Γσ （7—1） 式中：Γ—为溶质在单位面积表面层中的吸附量（mol ·m － 2）； σ—为溶液的表面张力（N ·m －2 ）； c —为溶液浓度（mol ·m －3 ）；； R —气体常数，8.314J ·mol －1·K －1 ； T —为绝对温度（K ）。 当 )/(dc d σ< 0时，Γ > 0，即溶液的表面张力随着溶液浓度的增加而下降时，吸附量为 正值，称为正吸附，反之，当)/(dc d σ> 0时，Γ< 0称为负吸附。吉布斯吸附等温方程式 应用范围很广，但上述形式只适用于稀溶液。通过实验测得不同浓度溶液的表面张力1σ、 2σ……即可求得吸附量Γ。 本实验采用最大气泡压力法测定正丁醇水溶液的表面张力值。试验装置如图（7—1） 所示。 图7—1 表面张力测定装置 1—样品管 2—毛细管 3—压瓶 4—精密数字压力计 5—大气平衡管 6—活塞 图7—2 气泡曲率半径的变化规律 将欲测表面张力的溶液装入样品管中，使毛细管的端口与液面相切，液体即沿毛细管上升，打开减压瓶3的活塞6，使里面的水慢慢的滴出，则系统内的压力慢慢减小，毛细管2液面上受到一个比样品管中液面上大的压力，此时毛细管内液面就会下降，直到在毛细管端面形成一个稳定的气泡。开始时气泡表面很平，曲率半径很大，随着气泡的形成，曲率半
溶液表面张力的测定(拉环法)
溶液表面张力的测定（拉环法） 一实验目的 （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，掌握拉环法测定表面张力的原理和技术。二实验原理 （1）表面张力 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）。位表面层上分子比同数量内层分子引起体系自由能的增加量称为比表面自由能。比表面和表面张力在数值和量纲上一致，故常用表面张力度量比表面自由能。 （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= -（dγ/dc）T（c/RT） 其中Γ为溶质的表面超额，c 为溶质的浓度，γ为溶液的表面张力 a若dγ/dc＜0，Γ＞0，为正吸附，表面层溶质浓度大于本体溶液，溶质是表面活性剂。 b若dγ/dc＞0，Γ＜0，为负吸附，表面层溶质浓度小于本体溶液，溶质是非表面活性剂。 溶液的饱和吸附量： c/Γ= c/Γ∞＋1/KΓ∞ 分子的截面积： S B = 1/（Γ∞L） L=6.02×1034 （4）吊环法测表面张力的原理 测表面张力的方法很多，有毛细管上升法，滴重法，最大气泡压力法，吊环法等。吊环法是将吊环浸入溶液中，然后缓缓将吊环拉出溶液，在快要离开溶液表面时，溶液在吊环的金属环上形成一层薄膜，随着吊环被拉出液面，溶液的表面张力将阻止吊环被拉出，当液膜破裂时，吊环的拉力将达到最大值。自动界面张力仪将记录这个最大值P。按照公式校正后，可以得出溶液的表面张力数值γ。校正因子： F=0.7250+（0.01452P/C2D+0.04534-1.679r/R）1/2式中P：界面张力仪显示读数值mN·m-1
最大气泡法测定溶液中的吸附作用和表面张力的测定精
最大气泡法测定溶液中的吸附作用和表面张力的测定 1.1 实验目的及要求 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——最大气泡法。 3.学会计算乙醇水溶液的表面张力、表面吸附量及乙醇分子的横截面积。 1.2实验原理 1.物体表面分子和内部分子所处的境遇不同，表面层分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。如果把一个分子由内部迁移到表面，而增大表面积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： -δw '＝σdA (1) 式中σ为比例常数，反映液体表面自动缩小趋势的能力。 显然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膨胀功，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2 -?m J 。此单位可化为牛顿每米（1 /-m N ），据此可把σ看作是液体表面单位长度上的力，它导致缩小液体的表面积，此力称为表面积张力。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.液体表面层的组成与内部层相同，因此，纯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，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“溶液表面的吸附”。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。1878年，Gibbs 用热力学的方法推导出它们之间的数量关系式： T dc d RT c ??? ??- =Γσ （2） 式中Γ为溶液在表面层中的吸附量，即表面超量( )3 -?dm mol 单位 ;σ为溶液的表面张力( )2 -?m J ； T 为热力学温度；c 为溶液浓度()3-?dm mol 单位；R 为气体常数。 当0Γ称为正吸附；反之，当0>??? ??T dc d σ时，0<Γ称为负吸附。前者表明加入溶质使液体表面张力下降，此类物质称表面活性物质。后者表明加入溶质使液体表面张力升高，此类物质
最大气泡压力法测定溶液的表面张力题库
宁波工程学院 物理化学实验报告 专业班级化工104班姓名张雅俊序号33 实验日期2012.05.19 同组姓名朱申宇、蒋燕军指导老师付志强、罗丽娟 实验名称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、在一定温度下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时，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循吉布斯吸附等温式： Γ = –（c/RT）*（dγ/dc）① 式中，Г为溶液在表层的吸附量；γ为表面张力；c为吸附达到平衡时溶液在介质中的浓度。根据朗格谬尔（Langmuir）公式： Γ =Γ∞Kc/（1＋Kc）② Γ∞为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的Γ∞ c/Γ =（1＋Kc）/（Γ∞K）= c/Γ∞＋1/Γ∞K ③ 以c/Г对c作图，则图中该直线斜率为1/Г∞。 由所得的Г∞代入A m=1/Г∞L可求被吸附分子的截面积（L为阿伏伽德罗常数）。 2、本实验用气泡最大压力法测定溶液的表面张力，其仪器装置如图1所示：
图1、最大气泡压力法测量表面张力的装置示意图 1、恒温套管； 2、毛细管（r在0.15～0.2mm）； 3、U型压力计（内装水）； 4、分液漏斗； 5、吸滤瓶； 6、连接橡皮管。 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，液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，毛细管内的液面上受到一个比A瓶中液面上大的压力，当此压力差——附加压力（△P=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： ΔP=2γ/R ④ 式中，ΔP为附加压力；γ为表面张力；R为气泡的曲率半径。 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，这时的曲率半径R和毛细管的半径r相等，曲率半径最小值，根据上式这时附加压力达最大值。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： ΔP最大= 2γ/r ⑤ 实际测量时，使毛细管端刚与液面接触，则可忽略气泡鼓起所需克服的静压力，这样就可以直接用上式进行计算。 当将其它参数合并为常数K时，则上式变为： γ=KΔP最大⑥ 式中仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。 三、实验仪器、试剂 1、仪器：最大泡压法表面张力仪1套，洗耳球1个，移液管(50ml和10ml)各一支，烧杯（500mL）。 2、药品：正丁醇（分析纯），蒸馏水。 四、实验步骤 1、仪器的准备与检漏 将表面张力仪容器和毛细管先用洗液洗净，再顺次用自来水和蒸馏水漂洗，烘干后按图5-9接好，检查是否漏气。
溶液表面张力的测定详解
学号：201214140123 基础物理化学实验报告 实验名称：溶液表面张测定 12届药学班级1组号 实验人姓名：李楚芳 同组人姓名：罗媛，兰婷 指导老师：邓斌 实验日期：2014-05-30
湘南学院化学与生命科学系 一、 实验目的： 1．加深理解表面张力的性质，表面吉布斯能的意义以及表面张力和吸附的关系。 2. 掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 二、 主要实验原理，实验所用定律、公式以及有关文献数据： 当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化。根据能量最低原理，若溶液质能降低溶剂的表面张力，则表面层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增加，那么，表面层溶液质的浓度应比内部低。这种现象为溶液的表面吸附。用吉布斯公式(Gibbs )表示： T c σ )d d (RT c Γ- = (1)式 式中，Г为表面吸附量(mol.m -2)；σ为表面张力（J.m -2）；Ｔ为绝对温度（Ｋ）；Ｃ为溶液浓度（mol/L ）；)(dc d σ T 表示在一定温度下表面张力随浓度的改变率。
当 )( dc d σ T < 0，Г>0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附作用。 )( dc d σ T >0，Г<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，称为负吸附作用。 可见，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。 本实验采用最大气泡压力法测定正丁醇水溶液的表面张力值。将欲测表面张力的液体装入试管中，使毛细管的端面与液面相切，液体即沿毛细管上升，直到液柱的压力等于因表面张力所产生的上升力为止。若管内增加一个与此相等的压力，毛细管内液面就会下降，直到在毛细管端面形成一个稳定的气泡；若所增加的压力稍大于毛细管口液体的表面张力，气泡就会从毛细管口被压出。可见毛细管口冒出气泡的需要增加的压力与液体的表面张力成正比。 σ=K △p 式中K 与毛细管的半径有关，对同一支毛细管是常数，可由已知表面张力的液体求得。本实验通过蒸馏水来测得。 由实验测得不同浓度时的表面张力，以浓度为横坐标，表面张力为纵坐标，得σ-c 图，过曲线上任一点作曲线的切线和水平线交纵坐标于b1，b2两点，则曲线在该点的斜率为 c b b c 0b b d d 2121c σ--=--=
最大气泡法测定表面张力
【目的要求】 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. 掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 3. 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载面积。 4. 学会以镜面法作切线，并利用吉布斯吸附公式计算不同浓度下正丁醇溶液的表面吸附量。 5. 求正丁醇分子截面积和饱和吸附分子层厚度。 【基本原理】 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弓I,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1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 图1分子间作用力示意图 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N.m-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。欲使液体表面积加△S时，所消耗 的可逆功A为： -A= ΔG= σΔS 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，。根据能量最低原理，若溶液质能降 低溶剂的表面张力，则表面层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 表面张力增加，那么，表面层溶液质的浓度应比内部低。这种现象为溶液的表面吸附。用吉布斯公式（GibbS）表示： ⑴式 式中，Γ为表面吸附量（mol.m-2）; σ为表面张力（J.m-2）; T为绝对温度（K） ;C为溶液浓度（mol/L ）; 表示在一定温度下表面张力随浓度的改变率。
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。 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 = 2σ R
实验液体的表面张力测定(滴重法)
实验D-13 滴重法测定液体的表面张力 实验目的 用滴重法测量液体的表面张力，学会用校正因子表，迭代计算毛细管的半径。 实验原理 当液体在滴重计(滴重计市售商品名屈氏粘力管)口悬挂尚未下滴时： r ：若液体润湿毛细管时为外半径，若不润湿时应使用内半径。 σ: 液体的表面张力。 m ：液滴质量(一滴液体)。 g ；重力加速度，当采用厘米.克.秒制时为 981cm ／S 2 但从实际观察可知，测量时液滴并未全部落下，有部分收缩回去，故需对上式进行校正： m ’为滴下的每滴液体质量(用分析天平称量)。 f 称为哈金斯校正因子，它是r ／v 1/3 的函数；v 是每滴液体的体积；可由每滴液体的质 量除液体密度得到。在上式中r 和f 是未知数，可采用已知表面张力的液体（如蒸馏水）做实验，采用迭代法得到： 设每滴水质量为m ’，体积为v ；先用游标卡尺量出滴重计管端的外直径D ；可得半 径r 0；用r 0作初值；求得r 0/ v 1/3 ；查哈金斯校正因子表（插值法）得f 1；用水的表面 张力σ和f 1代入12'r f m g πσ=；求的第一次迭代结果r 1；再由r 1/ v 1/3 查表得f 2 ；再代 入： 22'r f m g πσ=求得第二次迭代值r 2，同法再由r 2/ v 1/3 代入查表求f 3 ，这样反复迭代 直至相邻两次迭代值的相对误差：┃（r i-1-r i ）/ r i ┃≤eps （eps 表示所需精度，如1‰）这时的r 就是要求的结果，记录贴在滴重管上的标签上，半径就标定好了。 求得半径r 后，对待测液体只要测得每滴样品重和密度，就可由r/ v 1/3查表得f ；由： 2'r f m g πσ= 就可求得样品的表面张力。 纯水的表面张力见最大泡压法实验；水和酒精的密度数据见恒温技术与粘度实验。 仪器与药品 屈氏粘力管一根。测液体比重用比重瓶一个。游标卡尺一根（公用）。50ml 和100ml 烧杯各一个。酒精，表面活性剂溶液（每组一个，实验室编好号）。 实验步骤 1.用游标卡尺测量滴重计的外半径。测量酒精从上刻度到下刻度滴下液滴的总质量W 和滴数
溶液表面张力的测定(精)
溶液表面张力的测定-最大气泡法 Determination of Surface Tension Using Maxinum Bubble Pressure Method 一、实验目的及要求 1．掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 2. 学会以镜面法作切线，并利用吉布斯吸附公式计算不同浓度下正丁醇溶液的表面吸附量。 3. 求正丁醇分子截面积和饱和吸附分子层厚度。 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1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 图1 分子间作用力示意图 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N.m-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。欲使液体表面积加△S时，所消耗的可逆功A为： 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，。根据能量最低原理，若溶液质能降低溶剂的表面张力，则表面层溶质的浓度应比溶液内部的