最大泡压法测定液体表面张力实验数据处理
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：Tdc d RTc ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=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。
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。
溶液表面张力的测定——最大气泡压力法
实验七 溶液表面张力的测定——最大气泡压力法一． 实验目的1. 用最大气泡法测定不同浓度乙醇溶液的表面张力。
2. 了解表面张力的性质, 表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系。
3. 学会镜面法作切线的方法。
二． 实验原理用本法测定[乙醇, 水]溶液的数据对[σ, c], 作图将c-σ曲线在不同浓度的斜率 T 代入吉布斯等温吸附式:Γ=﹣c RT c σ∂⎛⎫ ⎪∂⎝⎭T 求出相应的吉布斯吸附量Γ；按朗格茂尔等温吸附变形公式:c 1c α∞∞=+ΓΓΓ C/Γc-C 直线斜率tg β求出饱和吸附量 , 进而得出乙醇分子横切面积S 和分子长度 , 结合直线截距得出吸附系数α:∞Γ=（tg β）-1以上个式中, c 为浓度；T 为绝对温度（K ）；σ为表面张力；Γ为吉布斯吸附量；M 为溶质摩尔质量；ρ为溶质密度；S 为分子截面积；δ为分子长；α为吸附系数；NA 为阿伏伽德罗数（6.02×1023/mol ）；R 为气体常数。
为了求以上参数, 关键是测σ。
表面张力及界面张力, 矢量。
源于凝聚相界面分子受力不平衡, 意为表面的单位长度收缩力。
σ也是在个条件下凝聚系表面相得热力学强度性质, 如果恒温、恒压下扩大单位表面积所需的可逆功, 故亦称为表面自由焓。
1. σ与凝聚相和表面共存接触相种类有关, 还与T,P 有关, 与凝聚相纯度和杂志种类有关。
浓度升高, 溶液的σ有增有减, 随溶质、溶剂而异, 表面活性剂是两亲分子, 他们的水溶液σ随浓度升高先剧降, 后微升, 在渐趋稳定。
σ随c 而变化的本质是溶液表面浓度对体相浓度的偏离, 此现象称为表面吸附。
表面吸附量Γ与浓度有关, 用吉布斯等温方程求出 为σ-c 曲线在指定浓度的斜率。
<0, Γ>0为正吸附, 表面浓度较体浓度高, 达饱和吸附时, Γ趋于饱和吸附量 , 此时两亲分子在溶液表面处于高度有序的竖立密集, 形成单分子膜。
,2. 若将兰格缪尔等温吸附式中的吸附量赋予吉布斯吸附量的特定意义, 则可从其变形式求出 设分子吸附层厚δ, δ即两亲分子长。
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！。
最大气泡法测表面张力实验报告
最大气泡法测表面张力实验报告实验名称：最大气泡法测表面张力实验报告实验目的：1.了解表面张力的概念和测量方法；2.掌握最大气泡法测表面张力的实验方法；3.通过实验，确定不同液体的表面张力大小。
实验原理：表面张力是指液体分子在液体表面聚集所形成的张力。
表面张力大小取决于液体种类、温度、压力等因素。
最大气泡法测表面张力是通过在液体表面形成一个最大的气泡，计算其半径和液体密度、重力加速度等参数，利用杨-拉普拉斯方程计算出表面张力大小。
实验器材：1.氢氧化钠溶液；2.去离子水；3.玻璃接力片；4.干净的注射器。
实验步骤：1.将玻璃接力片放置在水平桌面上，滴入氢氧化钠溶液，形成一圆形液体膜；2.利用注射器从中间吸气，将液体表面形成一个气泡，使其尽可能地大；3.将气泡半径测量3次，取平均值，并分别测量液体密度、重力加速度等参数；4.重复上述步骤，以去离子水代替氢氧化钠溶液，再次测量气泡半径和液体参数；5.根据测量数据，利用杨-拉普拉斯方程，计算出两种液体的表面张力大小。
实验结果：1.氢氧化钠溶液的表面张力大小为0.069N/m；2.去离子水的表面张力大小为0.071N/m。
实验结论：1.利用最大气泡法可以较准确地测量液体的表面张力大小；2.不同液体的表面张力大小不同；3.表面张力大小的测量结果受液体参数的影响较大，应注意测量精度。
实验心得：通过本次实验，我深刻理解了表面张力的概念和测量方法，掌握了最大气泡法测表面张力的实验技能，提高了实验操作能力和数据计算能力。
同时，我也意识到实验中精度和准确性的重要性，应该在实验操作中尽可能地提高测量精度，确保实验结果的可靠性。
物理化学实验报告：最大泡压法测定溶液的表面张力
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·ΔA
（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 J·m-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
至于恒温水浴内恒温 10min。毛细管需垂直并注意液面位置，然后按图接好测量系统。慢慢
打开抽气瓶活塞，注意气泡形成的速率应保持稳定，通常控制在每分钟 8-12 个气泡为宜，
即数字微压微压差测量仪的读数（瞬间最大压差）约在 700-800pa 之间。读数 3 次，取平均
值。
4、测量乙醇溶液的表面张力
按实验步骤三分别测量不同浓度的乙醇溶液。从稀到浓依次进行。每次测量前必须用少量
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：
1.3435
25%乙醇
-0.478
1.3465
30%乙醇
-0.452
1.3491
35%乙醇
-0.450
1.3516
40%乙醇
-0.422
1.3539
2.数据处理：
（1）以纯水的测量结果按方程计算 K′值。
解得 K′=σ1∕△p1=71.97*10-3N*m-1/(-0.765kpa)=0.094 （2）根据所测折光率，由实验提供的浓度-折光率工作曲线查出各溶液的浓度。
物化实验报告6-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.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。
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Г。
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）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。
2）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。
最大气泡法测定液体表面张力的实验报告
实验六最大气泡法测定液体表面张力
[日期：2008-06-18] 来源：作者：[字体：大中小]
由此，测定溶液的浓度和表面张力，可以求得不同浓度下溶液的表面吸附量。
结果正确的关键在于曲线光滑和切线的确定。
如是手工处理，画切线可采用镜面反射法。
七、思考题
1．表面张力为什么必须在恒温槽中进行测定，温度变化对表面张力有何影响，为什么，
2．实验如用U型管压差计，工作液应选什么为宜？
3．用最大气泡法测量表面张力时为什么要读最大压差？
4．滴液漏斗的放液速度对本实验有何影响？
八、进一步考虑的问题
一般教科书都用上式来分析Г—c的关系，并将Г∞称为饱和吸附量。
但是，表面吸附量Г的概念是一种表面超量(表面过剩)，是指单位面积的表层中所含溶质的量与具有相同质量溶剂的本体溶液中所含溶质的量之差。
因此从表面超量角度理解，当浓度较低时，由于溶质(具表面活性)优先排布在溶液表面层，使Г随浓度增加而增加。
当浓度增大到一定值后，再增加溶质浓度，必定使溶质在表面层的浓度与在体相中的浓度之差越来越小，直到浓度无限大时，这个差值为零。
因此吸附量Г达到极大值后，会逐渐减少，直到Г∞＝0。
显然上式没有体现这一特征。
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最大泡压法测定液体表面张力实验数据处理
1．安装Origin 7.0软件并双击打开；
2．在A[X]和B[Y]数据列分别输入正丁醇浓度和相对应的最大压力差；
3．在空白处点击鼠标右键，点击“Add New Column（增加新列）”增加新的数据列C[Y]；
4．右键单击C[Y]数据列，点击“Set Column Values（设置列值）”，在对话框中输入计算程序计算正丁醇的表面张力：“(0.0728/566)*col(B)”，输入完毕之后点击“OK”，这时在C[Y]中就得到了不同正丁醇溶液的表面张力。
注意在“（0.0728/566）/col(B)”公式中，“”0.0728“为实验温度下水的表面张力，各组的数据可能不同，”566“为测定的水的最大压力差，各组也是不同的，输入你组测定的数据进行计算即可。
5．选中C[Y]数据列，点击“Analysis（分析）→Non-linear Curve Fit（非线性曲线拟合）→Advanced Fitting Tool （高级拟合工具）”，出现数据拟合对话框。
6．点击对话框中的”Function（函数）→New（新建）”，建立新的拟合函数。
7．在“Example(样本)“框内输入你指定的拟合函数：”y=p1-p2*ln(1+p3*x)“，并将”Number of Parameters（参数数量）“设为3，将”Form（形状）“设为”Equations（方程式）“，点击“Save（保存）”保存，这时我们的拟合函数设定完毕
8．点击“Action（执行）→Dataset（数据列）”，出现参数指定对话框。
”点击在对话框顶部的列表框内单击y 变量，然后在“Available Datasets（可用数据列）”列表框中单击“Data1 -c”; 单击“Assign（赋值）”命令按钮。
即y 变量对应于Data1-C 数列。
同样可指定x 变量对应于Data1-A 数列．
9．点击”Action（执行）→Fit（拟合）“，出现曲线拟合对话框。
将“P1、P2、P3 ”初始值均设为“1”。
点击“100 Iter”按钮2 ～5 次，直至参数值不变即可。
同时拟合出的曲线将出现在绘图框中。
点击“Done（完成）”，在曲线对话框出现了拟合参数值（也可见曲线下面的数据框，给出了P1、P2、P3的数值，带入y=p1-p2*ln(1+p3*x)，得到拟合的函数，其中y为表面张力，x为浓度），代入自定义的函数式中，即为由数据拟合的函数表达式，绘图框中的曲线即为拟合曲线。
10．求算曲线各点对应斜率dγ/ dc。
按上述方法得到拟合曲线后，鼠标右键点击绘图框“1”，出现快捷菜单，点
击最下方的“NLSF”数据。
点击“Analysis”中的“Calculus”中的“Differentiate”，出现dγ/ dc 与c 的关系曲线的绘图框“Deriv”。
11．在绘图框“Deriv”上双击曲线，出现“Plot Details”对话框，单击“Plot Details”对话框中下方的“Worksheet”，出现关系曲线上的相关数据的对话框“Derivative 1 -Derivative of NLSF1-B”，即拟合曲线上的“A( X) ”-浓度、“NLSF1B( Y) Derivative of NLSF1-B”-表面张力对浓度的微分值。
12．在“Derivative 1-Derivative of NLSF1-B”表格右边的空白处单击右键，出现快捷菜单，点“Add
New Column”，即出现新的一栏；在空白栏最上一栏中单击右键，出现快捷菜单，点击“Set Column Value”，出现“Set Column Value”对话框，在文本框中输入公式: -（col( A) * col( NLSF1B)）/ ( 8.314* 293.15) ( 20℃条件下) 点击“OK”即可得到C( Y) 的吸附量值；
13．再在“Derivative 1-Derivative of NLSF1-B”表格右边的空白处单击右键，出现快捷菜单，点“Add
New Column”，即出现新的一栏；在空白栏最上一栏中单击右键，出现快捷菜单，点击“Set Column Value”，出现
“Set Column Value”对话框，在文本框中输入公式: col( A)/col(B)点击“OK”即可得到“浓度/吸附量”；
14．选中C( Y)，右键单击，然后单击“Plot→Scatter”，出现浓度/吸附量对浓度的关系曲线；点击“Analysis→Fit-liner”进行线性拟合，拟合数据见曲线下方的数据框，最后由直线斜率求取饱和吸附量，即可算出乙醇分子截面积。
15．数据拷贝。
将窗口最小化，依次点击对话框可查看数据和曲线图，在拷贝曲线图时，点击“Edit→Copypage”,在word文档中点击粘贴即可。