最大泡压法测表面张力
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 = ρg 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。
表面张力与浓度的关系：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。
最大泡压法测定溶液的表面张力
（2）测定不同浓度乙醇溶液的表面张力 配制浓度分别为0.02，0.05，0.10，0.15，0.20， 0.25，0.30，0.35，0.50mol.L-1 正丁醇溶液各50ml。 按（1） 数据记录和处理
(1) 记录实验温度，大气压，以及蒸馏水和不 同浓度乙醇溶液的的△h。 (2) 按式（7-66）计算毛细管常数K。不同温度 下纯水的表面张力见附录14。
最大泡压法测表面张力
（3）求乙醇的分子截面积 饱和吸附量
kc 1 kc
(7-68)
c 作 ～c图，由直线斜率求
1 c 1 k
求乙醇分子截面积
1 ＝ L
(7-69)
8
最大泡压法测表面张力
3. 实验步骤
（1） 测定毛细管常数K. 将蒸馏水装于带支管的毛细管，使毛细管的端 面与液面相切，打开滴液漏斗的活塞，使水缓慢滴 下而降低系统的压力，气泡均匀逸出，读取U形压 力计两臂最大高度差。
2
最大泡压法测表面张力
2. 实验原理
体相分子：
（1）溶液的界面吸附 纯液体和其蒸气组成的体系 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。
2 G (J m ) γ A T , P ,nB
g
l
比表面自由能（表面张力）
3
最大泡压法测表面张力
溶液： 体系可调节溶质在表面相的浓度来降低 表面自由能。
(3) 按式（7-66）计算不同浓度乙醇溶液的表 面张力。
10
最大泡压法测表面张力
(4)作 ～c/c 曲线，在曲线上分别取c / c 为0.03， 0.05，0.10，0.15，0.20，0.30，0.40的点作 d 切线，求切线斜率 。 dc / c
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。
最大泡压法测定溶液的表面张力
知浓度溶液的折光率，作出折光率和浓度的工作曲线，然后测定待测溶
液的折光率，即可在工作曲线上求出其浓度。
最大泡压法测定溶液的表面张力
三、实验仪器和药品
Ø 表面张力仪 Ø 阿贝折光仪 Ø 小烧杯 Ø 无水乙醇
最大泡压法测定溶液的表面张力
四、实验步骤
Ø 首先将预先洗净的表面张力仪大试管（包括毛细管）放入恒温槽中恒 温，然后将抽气瓶中加入水，到与侧面支管相齐为止，在大试管中注入 蒸馏水，并使液面正好与毛细管相切，调节恒温槽中大试管的位置，使 大试管垂直放置。然后打开抽气瓶活塞，使盛在管中的水缓慢流出而使 系统内逐步减压，这样，在气泡脱出的一瞬间，可以很容易地读出U形 压力计内液面的高度。 Ø 当气泡形成的频率稳定时（约每分钟20个气泡），就注意压力计两边 的高度，记录压力两边最高和最低读数三次，求其平均值，即可求出仪 器常数K。 Ø 测定乙醇溶液表面张力σ与浓度的关系 u 以同样方法将大试管中换以不同浓度的乙醇溶液，测出不同的压力差 ，再用公式求出表面张力。 u 乙醇水溶液的浓度由阿贝折光仪测定。
l
当（Leabharlann d dc)T<
0
时，>
0,
称为负吸附；
l
当（
d dc
) T>
0
时，<
0,
称为负吸附。
最大泡压法测定溶液的表面张力
二、实验原理
（一）一定要把大u试管有及些毛细物管质洗干溶净，入溶溶液和剂毛以细管后要，相切能使溶剂的表面张力显著降低，这类物质
ρΔhg=2σ/R，即σ被= 称ρΔh为gR表/2 面活性物质。工业和日常生活中被广泛使用的去污剂、乳化剂、
最大泡压法测定溶点液所的表对面应张力浓度的斜率（
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！。
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。
实验三十一表面张力测定最大气泡压力法测定溶液的表面张力
m
在实验中，若使用同一支毛细管和压力计，则
gr
2
是一个常数，称为仪器常数，用K来表示。
K hm
所以
(7) 在本实验中，用已知表面张力的水作为标准， hm 由实验测得其 后，就可求出仪器常数的值。 hm 然后只要用这一仪器测得其它液体的 值，通 过（7）式计算，即可求得各种液体的表面张力。
1. 最大气泡压力法测定表面张力的原理和技
术。 2.不同浓度正丁醇溶液表面张力的测定、吸 附量的计算。
三、实验原理
在本实验中，溶液浓度的测量是利用浓度与折光率的对 应关系，表面张力的测定是应用最大气泡压力法。 最大气泡压力法测定表面张力的装置示意如图1。将欲 测表面张力的液体装于支管试管2中，使毛细管3的端面 与液面相切，液面即沿毛细管上升，打开滴折光仪
1台 恒温槽装置 1套 滴液漏斗（250mL） 1个 支管试管（2.5×20cm） 1个 毛细管（0.2—0.3mm） 1支 酒精压力计 1个 T形管 1个 烧杯（250mL） 1个 放大镜 1个 重蒸馏水 正丁醇（A.R.） 丙酮（A.R.）
3.待测样品表面张力的测定
（1）用待测溶液洗净支管试管和毛细管后， 加入适量的样品于支管试管中。 （2）按仪器常数测定时的操作步骤，分别测 定各种未知浓度正丁醇溶液的值。
六、数据处理
1.将实验数据记录于下表，并求得其表面张力。
2.以浓度为横坐标，表面张力为纵坐标作表
面张力-浓度图（横坐标浓度从零开始）。 3.在表面张力-浓度图上选取6～8点作切线求 出Z值。 Z 4.由 RT 计算不同浓度溶液的吸附量值，并作 吸附量-浓度图。
七、思考题
1.为什么不能将毛细管插进液体里面？ 2.本实验为什么选用酒精压力计而不用水银
实验八十三 最大泡压法测定溶液的表面张力
EMBED Equation.3 （3）
式中k为经验常数，与溶质的表面活性大小有关。由上式可知，当浓度很小时，Γ与c成直线关系；当浓度较大时，Γ与c成曲线关系；当浓度足够大时，则呈现一个吸附量的极限值，即 EMBED Equation.3 。此时若再增加浓度，吸附量不再改变。所以 EMBED Equation.3 称为饱和吸附量。 EMBED Equation.3 可以近似的看做是在单位表面上定向排列呈单分子层吸附时溶质的物质的量。求出 EMBED Equation.3 值，即可算出每个被吸附的表面活性物质分子的横截面积As。
式中L为阿伏加德罗常数。
因此，如测得不同浓度溶液的表面张力，从γ-c曲线可求得不同浓度的斜率dγ/dc，即可求出不同浓度的吸附量Γ，再从c/Г-c直线上求出Г∞，便可计算出溶质分子的横截面积As。
4、最大泡压法
测定表面张力的方法很多，本实验用最大泡压法测定正丁醇水溶液的表面张力。实验装置如图83-4所示。
式中γ为液体的比表面自由能，单位为J·m-2，即增加单位表面积引起系统吉布斯自由能的增量，或者单位表面积上的分子比相同数量的内部分子“超额的” 吉布斯自由能。也可将γ看作液体限制其表面，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，单位为N·m-1。γ表示了液体表面自动缩小趋势的大小，其值与液体的成分、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
纯液体表面层的组成与内部的组成相同，因此，纯液体降低表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。对于溶液，由于溶质能使溶剂表面张力发生改变，因此，可以通过调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。
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
预习思考题
1. 表面张力的定义是
，单位
。测定表面张力的意义是
。
2. 溶 液 的 表 面 吸 附 是 指
，当
时，发生正吸
附
；当
时，发生负吸附，此时溶液本体浓度
液体
表面浓度，此时，溶液本体浓度
液体表面浓度。
3. 表面活性剂是能够
的物质。
4. 最大泡压法测定表面张力，保持仪器和药品的清洁是实验成功的关键，因为
如果以 N 代表 1m2 表面层的分子数，则：
N Γ NA
式中， NA 为 Avogadro 常数，则每个分子的截面积 A 为：
2
A
1 Γ N
A
测定表面张力的方法很多，有最大泡压法、拉环法、张力计法等，在本实验中，采用最
大泡压法来测定液体的表面张力。装置图如下。
待测液体置于支管试管中，使毛细管端面与液面相切，液面随着毛细管上升至一定高度。
量。吸附量与浓度之间的关系可以用 Langmuir 等温吸附方程式表示：
Γ
Γ
1
Kc Kc
式中，Γ 表示吸附量，通常指单位质量吸附剂上吸附溶质的摩尔数；Γ∞表示饱和吸附量；c
表示吸附平衡时溶液的浓度；K 为常数。将上式整理可得如下形式: cc 1 Γ Γ KΓ
作 c/Γ ~ c 图，得一直线，由此直线的斜率和截距可求常数 Γ∞和 K。
力学方法研究表面现象时采用的物理量，液体的表面张力和表面吉布斯自由能在数值上是相
等的，但是具有不同的物理意义。
液体的表面张力与温度、纯度等因素有关。温度愈高，表面张力愈小；纯度发生变化时，
表面张力也相应发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。
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、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，计算饱和吸附量醇分子的截由表面张力的实验数据求正丁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 ∙m2）。
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∙ m1）。
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 - F 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）。