最大气泡压力法测定溶液的表面张力题库
最大泡压法
c-2500-2000-1500-1000-5000012345678910246810左边Y 轴下边X轴右边Y 轴γ-c 微分方程曲线1、在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中，测量液体表面张力时为什么要读取最大压力差？答：因为γ= r/2×△p max ，只有气泡的半径等于毛细管的半径时，气泡的曲率半径最小，液面对气体的附加压力达到最大，所以读取最大压差。
3、在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中，表面张力仪的清洁与否和温度的不恒定对测量数据有何影响？ 答：若表面张力仪不干净，则气泡可能不成单泡冒出，使压力计读数不稳定，给实验带来较大的误差，同时表面张力仪不干净会影响溶液的表面张力。
因为表面张力与温度有很大的关系，如温度不恒定则对表面张力的测量会带来较大的误差。
0.00200.00250.00300.00350.00400.00450.0050cΓ∞= 0.00482 mol/m 2As=1/(Γ∞×N A )=1/(0.00482×6.02×1023)=3.446×10-22 m 22、在最大泡压法测定溶液的表面张力实验中，测量表面张力时毛细管末端插入到溶液内部进行测量行吗？为什么？答：不行！如果将毛细管末端插入到溶液内部进行测量，则气泡外地压力：p 外= p 系统+ρgh ，此时因为h 不等于0，在气泡的半径等于毛细管半径时：p 内=p 大气-2γ/r ＝p 外= p 系统+ρgh △pmax = p 大气- p 系统=ρgh +2γ/r 计算公式将只能采用 公公式公式,那么在实验操作时，就需要测量h ，使实验变繁琐，不可取。
2)(max rgh p ργ-∆=。
实验二十一 溶液表面张力的测定——最大气泡压力法
实验二十一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。
三、实验原理L用本法测定[乙醇，水]溶液的数据对[σ,c]，作图将C 一σ曲线在不同浓度的斜率Tc )(∂∂σ代入吉布斯等温吸附式:T c RT c )(∂∂-=Γσ求出相应的吉布斯吸附量c Γ 按Lanbmuir 等温吸附变形公式:∞∞Γ+Γ=Γc c α1以c c -Γ/直线斜率βtg 求出饱和吸附量∞Γ，进而得出乙醇分子横截面积S 和分子长度δ，结合直线截距得出吸附系数α:1)(-∞=Γβtg以上各式中，c 为浓度;T 为绝对温度(K);σ为表面张力(N/m ) ; Γ为吉布斯吸附量(mol/m 2 ) ; M 为溶质摩尔质量;ρ为溶质密度(kg/m 3 ) ; S 为分子截面积(m(/分子);δ为分子长(m);α为吸附(平衡)常数;N A 为阿氏常数(6. 002 x 1023Mol -1);R 为气体常数(8. 314J/mol ·K)。
为了求以上参数，关键是测σ。
2.表面张力即界面张力，矢量。
源于凝聚相界面分子受力不平衡，意为相界面的单位长度收缩力。
也是在各对应条件下凝聚系表面相的热力学强度性质，如恒温、恒压下扩大单位表面积所需的可逆功，故亦称比表面自由烩，SI 单位[J/m 2 }。
σ与凝聚相和表面共存接触相种类有关(如无说明，通常指定被凝聚相饱和了的空气为共存接触相)，还与T, p 有关，与凝聚相纯度和杂质种类有关。
浓度升高，溶液的σ有增有减，随溶质、溶剂而异，表面活性剂分子是两亲分子，它们的水溶液σ随浓度升高先剧降，后微升，再渐趋恒定。
σ随c 而变的本质是溶液表面相浓度对体相浓 度的偏离，此现象称为表面吸附。
表面吸附量r 与浓度有关，用吉布斯等温吸附式(1)求出，T c )(∂∂σ为σ一c 曲线在指定浓度的斜率。
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1、简述最大泡压法测定溶液的表面张力的实验原理。
答：实验装置如图83-4所示。
将被测液体装于测定管中，打开滴液瓶活塞缓缓放水抽气，系统不断减压，毛细管出口将出现一小气泡，且不断增大。
若毛细管足够细，管下端气泡将呈球缺形，液面可视为球面的一部分。
随着小气泡的变大，气泡的曲率半径将变小。
当气泡的半径等于毛细管的半径时，气泡的曲率半径最小，液面对气体的附加压力达到最大，如图5所示。
在气泡的半径等于毛细管半径时：p 内＝p 外气泡内的压力： p 内=p 大气-2γ/r气泡外的压力： p 外=p 系统+ρgh实验控制让毛细管端口与液面相切，即使h=0，p 外= p 系统根据附加压力的定义及拉普拉斯方程，半径为r 的凹面对小气泡的附加压力为△p max = p 大气- p 系统= p 最大=2γ/r （6）于是求得所测液体的表面张力为max 'max 2p K p r ∆=∆=γ （7） 此后进一步抽气，气泡若再增大，气泡半径也将增大，此时气泡表面承受的压力差必然减小，而测定管中的压力差却在进一步加大，所以导致气泡破裂从液体内部逸出。
最大压力差可用数字式压力差仪直接读出，K ′称为毛细管常数，可用已知表面张力的物质来确定。
2、简述测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和正丁醇分子横截面积的实验原理。
答：根据能量最低原则，当溶质能降低溶剂的表面张力时，溶质表面层中的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，溶质表面层中的浓度比内部的浓度低。
这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。
表面吸附的多少常用表面吸附量Γ表示，其定义为：单位面积表面层所含溶质的物质的量比与同量溶剂在本体溶液中所含溶质的物质的量的超出值。
显然，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有关，从热力学方法可知它们之间的关系遵守吉布斯（Gibbs ）吸附等温方程： T⎪⎭⎫ ⎝⎛-=Γdc d RT c γ 用吉布斯吸附等温式计算某溶质的吸附量时，可由实验测定一组恒温下不同浓度c 时的表面张力，以γ对c 作图，可得到γ-c 曲线，将曲线上某指定浓度下的斜率d γ/d c 代人（2）式，即可求得该浓度下溶质在溶液表面的吸附量Γ。
最大气泡法测定溶液的表面张力
σ称为表面自由能，单位为J/m2。若把σ看作为作用在界面上每 单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。
2. 溶液的表面吸附
根据能量最低原则,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,表面层中 的浓度比内部的低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象 叫做溶液的表面吸附。
验温度时水的表面张力，利用公式 K/hmax
求出仪器常数K。
▪ 5.待测样品表面张力的测定：用待测溶液洗净试管和毛
细管，加入适量样品于试管中，按照仪器常数测定的方法，
测定不同待测样品的
h计max算其表面张力。
▪ 6.乙醇溶液的折光率测定：用每个样品测出 hmax 后，随 即用滴管吸取该溶液滴，置于棱镜上，用阿贝折光仪测其 折光率nD查工作曲线得各样品的准确浓度。
▪3. 调节恒温为25℃。
▪ 4.仪器常数测定 先以蒸馏水作为待测液测定其仪器常数。方法是将干燥的 毛细管垂直地插到使毛细管的端点刚好与水面相切，打开 滴液漏斗，控制滴液速度，使毛细管逸出的气泡，速度约 为5s～10s1个。在毛细管口气泡读出U型管两边液面最大 高度差 hmax 可读三次，取其平均值。通过手册 查出实
数据处理
▪ 1.由附录表中查出实验温度时水的表面张力，算出毛细管常 数K。
▪ 2.由实验结果计算各份溶液的表面张力 ,并作 ~c曲线。
▪ 3. 在 ~c 曲 线 上 分 别 在 0 ． 050mol/L ， 0 ． 100mol ／ L ，
0．150mol／L，0．200mol／L，0．250mol／L和0．300mol
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 的浓度有关,从热力学方法可知它们之间的关系遵守吉布斯吸附 方程:
最大气泡法测定液体表面张力
最大气泡法测定液体表面张力目的要求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掌握用最大泡压法测定表面张力的原理和技术测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和乙醇分子的横截面积实验原理1．在指定的温度下，纯液体的表面张力是一定的，一旦在液体中加入溶质成溶液时情况就不同了，溶液的表面张力不仅与温度有关，而且也与溶质的种类，溶液浓度有关。
这是由于溶液中部分溶质分子进入到溶液表面，是表面层分子组成发生了改变，分子间引力起了变化，因此表面张力也随着改变，根据实验结果，加入溶质以后在表面张力发生改变的同时还发生溶液表面层的浓度与内部浓度有所差别，有些溶液表面层浓度大于溶液内部浓度，有些恰恰相反，这种现象称为溶液的表面吸附作用。
实验原理按吉布斯吸附等温式：c d 1 d 1 RT dc RT d ln c式中：Г-代表溶质在单位面积表面层中的吸附量molm-2C－代表平衡时溶液浓度molL-1R1－气体常数8.314Jmol-1K-1T－吸附时的温度K。
从1式可看出，在一定温度时，溶液表面吸附，与平衡时溶液浓度C和表面张力随浓度变化率成正比关系。
实验原理当c T ＜0时，Г＞0表示溶液表面张力随浓度增加而降低，则溶液表面发生正吸附，此时溶液表面层浓度大于溶液内部浓度。
当c ＞0时，Г＜0表示溶液表面张力随浓度增加而增T 加，则溶液表面发生负吸附，此时溶液表面层浓度小于溶液内部浓度。
我们把能产生显著正吸附的物质即能显著降级溶液表面张力的物质，称为表面活性物质。
本实验用表面活性物质乙醇配制成一系列不同浓度的水溶液，分别测定这些溶液的表面张力σ，然后以σ对lnC作图得一曲线，求曲线上某一点的斜率可计算相当于该点浓度时溶液的表面吸附量。
实验原理2．本实验测定各溶液的表面张力采用气泡最大压力法，此法原理是当毛细管与液面接触时，往毛细管内加压或在溶液体系减压则可以在液面的毛细管出口处形成气泡。
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)
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。
事实上，滴下来的仅仅是液滴的一部分。
(完整版)实验八溶液表面张力测定问答题答案
实验八溶液表面张力测定问答题答案1、实验时，为什么毛细管口应处于刚好接触溶液表面的位置？ 如插入一定深度将对实验带来什么影响？答案：减少测量∆P max 误差，因为∆P max 是气泡内外的压力差，在气泡形成的过程中，由于表面张力的作用，凹液面产生一个指向液面外的附加压力△P ，K =ΔP r γ=ΔP 2m ax m ax ，如果插入一定深度，P 外还要考虑插入这段深度的静压力，使得∆P max 的绝对值变大，表面张力也变大。
2、最大气泡法测定表面张力时为什么要读最大压力差?答案：最大气泡法测定表面张力时要读最大压力差。
因为随着气泡的形成，曲率半径逐渐由大变小又变大，当曲率半径等于毛细管半径时，气泡呈半球形，气泡曲率半径最小，△P 最大。
这时的表面张力为: K =ΔP r γ=ΔP 2m ax m ax 式中的K 为仪器常数，可用已知表面张力的标准物质测得。
∆Pmax 由压力计读出。
3、实验中为什么要测定水的∆P m ax ？答案：当曲率半径等于毛细管半径时的表面张力为:K =ΔP r γ=ΔP 2m ax m ax 式中的K 为仪器常数，可用已知表面张力的标准物质测得，这种标准物质就是水。
4、对测量所用毛细管有什么要求？答案：毛细管一定要清洗干净，管口平齐。
5、在毛细管口所形成的气泡什么时候其半径最小？答案：测量时∆P m ax 最大6、如何用镜象法从σ—C 等温线上作不同浓度的切线求Tc γ∂⎛⎫ ⎪∂⎝⎭或Z ？ 如图所示，经过切点a 作平行于横坐标的直线，交纵坐标于b 点。
用镜象法求作切线。
以Z 表示切线和平行线在纵坐标上截距间的距离，显然Z 的长度等于 Tc c γ∂⎛⎫ ⎪∂⎝⎭， 即 T Z c c γ∂⎛⎫=- ⎪∂⎝⎭7、答案：表面张力为什么必须在恒温槽中进行测定？答案：因为表面张力与温度有关，温度升高，表面张力下降。
8、如果气泡逸出的很快，或几个气泡一齐出，对实验结果有何影响?答案：如果气泡逸出的很快，或几个气泡一齐出，即气泡形成时间太短，则吸附平衡就来不及在气泡表面建立起来，测得的表面张力也不能反映该浓度之真正的表面张力值。
最大气泡压力法1
谢谢！
பைடு நூலகம்
测试特点
缺点：
（1）气泡不断生成可能会扰动液面平衡，改变液体表面温度， 因此不易控制气泡形成速度； （2）要求在气泡溢出的瞬间读取气泡的最大压力的差值，因 此此值很难测准； （3）毛细管的半径不易准确测定； （4）此法中，最大压差为大气压与系统压力的差值，因此， 当室内气流流动时，会造成大气压的变化，使实验测得的数 据产生一定误差； （5）为了消除溶液静压对测定结果的影响，测定时要求测量 的毛细管插入液体中的深度为0，但要调整毛细管尖端与被测 液面相切有一定难度。
表面张力测试方法 --最大气泡压力法
测试原理：
a.当玻璃毛细管一端与液体接触，并往毛细管内加压时， 可以在液面的毛细管口处形成气泡。
•
测试特点
优点:
（1）此种方法设备简单，操作方便，不需要完全润湿， 它既是相对的方法，也是绝对的方法。 （2）可以测量静态和动态的表面张力，测量的有效时间 范围大，温度范围宽。
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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。
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
在上述体系中，按浓度从高到低的顺序依次测定预先配好的正丁醇溶液的△P最大值，每次置换溶液前都先用溶液润洗2次，再按2方法测定。
五、数据记录与处理
实验温度：22.7 ℃；大气压：100.62KPa；恒温槽温度：30℃；γ水：71.18×10-3N.m-1
仪器常数K的测定
的测定
△p
正丁醇
2、计算K值
∵γ = KΔp
∴K=γ水/ΔP最大=71.18(N/m)/643=0.1107
根据K值得到一组γ值，以γ(mN/m)--c (mol.dm-3)作图如下:
Y = A + B1*X + B2*X^2
Parameter Value Error
------------------------------------------------------------ A 70.7206 0.67761 B1 -199.28848 13.91565 B2 339.08692 56.33662
------------------------------------------------------------
根据上图，可以得到γ-c 的关系式为γ= 70.7206-199.28848c+339.08692c 2
可得199.28848-c 17384.678=dc
d γ
(其中c 的单位为mol.dm -3，γ的单位为mN/m 。
) 又因为dc
d γ⨯=ΓRT c -
Γ-c等温线
yscale(Y) = A + B * X
Parameter Value Error
---------------------------------------------------------------------------
A 1.80226 5.22229
B 217.80085 39.21622
---------------------------------------------------------------------------
由上面可知直线的斜率k 为217.80085×103 m 3/mol ； 得3
6-3
/105914.410217.8008511m mol k ⨯=⨯==Γ∞ 得2
19-23
6-m 10618.310
02.6105914.411⨯=⨯⨯⨯=⨯Γ=
∞L A m 六、 注意事项
1、仪器系统不能漏气；
2、所用毛细管必须干净、干燥，应保持垂直，其管口刚好与液面相切；
3、读取压力计的压差时，应取单个逸出时的最大压力差。
七、 结果与讨论
这次的实验操作的步骤很简单，就是实验量比较大，数据比较容易产生误差。
从得的c/Γ-c 等温线来看，得到的数据还是存在误差，可能的原有：①液面没有跟毛细管底部完全相切；②没有等到气泡稳定了再读数。
八、 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Pˊ，则测定管中的压力Pr 会变小，△pmax 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取最大压力差？如果气泡逸出的很快，活几个气泡一齐出，对实验结果有无影响？答：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(Laplace)公式，此时能承受的压力差为最大：△pmax = p0 - pr = 2σ/γ。
气泡进一步长大，R 变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。
最大压力差可通过数字式微压差测量仪得到。
如气泡逸出速度速度太快，气泡的形成与逸出速度快而不稳定；致使压力计的读数不稳定，不易观察出其最高点而起到较大的误差。