最大泡压法测定
数据记录参考格式（计算时注意单位换算）
温度： 24℃水的表面张力：0.07218N/m 仪器常数K：0.1104
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.654 0.604 0.55 0.486 0.403 0.346 0.29
0.07191 0.05568
276
0.05070
45
0.04480
434
0.03715
257
0.03189
774
0.0267351
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
0.07191 0.05568
3
0.05070
5
0.04480
4
0.03715
3
0.03189
8
0.026735
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
-0.2153 -0.18997 -0.1646
4
-0.1393
1
-0.1139
8
-0.0886
5
-0.0633
2
0 3.831400
4465E-06
6.64106
7216E-0
6
8.42900
03085E-
06
9.19519
9724E-0
6
8.93966
54625E-
06
7.66239
7524E-0
6
0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3
0 3.81E-0
6
6.64E-0
6
8.43E-0
6
9.20E-0
6
8.94E-0
6
7.66E-06
六．注意事项:
1．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。
2．读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。
3．手动做切线时，可用镜面法。
七．思考题:
1．毛细管尖端为何必须调节得恰与液面相切? 如果毛细管端口插入液面有一定深度，对实验数据有何影响？
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 ˊ，则测定管中的压力Pr会变小，△pmax会变大，测量结果偏大。
2．最大泡压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：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。
3．本实验为何要测定仪器常数？仪器常数与温度有关系吗？
答：因为用同一支毛细管测两种不同液体，其表面张力为γ1，γ2，压力计测得压力差分别为△P1，△P2，则γ1/γ2=△P1/△P2 ，若其中一液体γ1已知，则γ2=K×△P2其中K=γ1/△P1，试验中测得水的表面张力γ1，就能求出系列正丁醇的表面张力。
温度越高，仪器常数就越小
实验总结：
通过本次试验我基本掌握了实验仪器的基本操作！增强了实验数据的分析处理！。
物理化学-实验三十二：最大泡压法测定溶液的表面张力
实验三十二 液体表面张力的测定一、实验目的1. 测定不同浓度的乙醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和乙醇分子的横载面积。
2. 了解表面张力的性质及表面张力和表面吸附量的关系3. 掌握最大泡压法测定溶液表面张力和表面吸附量的原理和技术。
二、原理液相与气相之间的界面层可看作是介乎液体与气体性质的第三相。
界面层分子受液体内部分子的吸引力远大于外部蒸气分子对它的吸引力，致使表面层分子受到向内的拉力使表面积趋于最小（球形），以达到受力平衡。
揭示表面层这一特征的方法很多, 最常用的为表面张力（surface tension, 用γ表示），或可定义为单位表面吉布斯自由能(surface Gibbs free energy ，用G ∆表示)。
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。
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(Gibbs)公式表示：P T CRT C ,)(∂∂-=Γγ 式中，Γ为表面吸附量(mol ⋅m -2)；γ为表面张力（J ⋅m -2）；T 为绝对温度（Ｋ）；C 为溶液浓度（mol ⋅L -1）；P T C ,)(∂∂γ 表示在一定温度下表面张力随浓度的变化率。
P T C,)(∂∂γ<0，Γ>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。
P T C,)(∂∂γ>0，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。
吸附量与浓度之间的关系可以用Langmuir 等温吸附方程式表示：KCKC+Γ=Γ∞1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。
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
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！。
最大泡压法测定溶液表面增力
最大泡压法测定溶液表面增力一、前言在化学实验中，测定溶液表面增力是一项重要的实验操作。
最大泡压法是一种常用的测定溶液表面增力的方法。
本文将详细介绍最大泡压法测定溶液表面增力的原理、步骤和注意事项。
二、原理最大泡压法是利用气泡表面张力和外界压强之间的关系来测定液体表面张力大小的方法。
当气泡在液体中充满气体时，气泡内部和外部的压强相等，而液体表面张力会使得气泡壁受到一个向内的作用力，从而使得气泡壁变形。
当外界压强逐渐增加时，气泡壁变形越来越小，直到最后消失时，此时所施加的外界压强就等于液体表面张力。
三、步骤1. 准备样品首先需要准备好需要测试的样品。
通常使用去离子水或纯净水作为基础样品进行测试。
2. 准备仪器需要准备好以下仪器：（1）电子天平：用于称量样品和计算结果。
（2）热水浴：用于保持样品温度稳定。
（3）气泡计：用于测量气泡壁的变形程度。
（4）压力计：用于测量外界压强大小。
3. 测定溶液表面增力（1）将气泡计放入样品中，使其充满气体。
（2）将气泡计从样品中取出，将其置于热水浴中，使其温度与样品相同。
（3）将气泡计悬挂在支架上，并连接压力计和压力调节器。
打开压力调节器，逐渐增加外界压强，记录下每个外界压强对应的气泡壁变形程度和所施加的外界压强大小。
（4）根据记录的数据，绘制出外界压强与变形程度之间的关系曲线。
通过拟合曲线，可以求得液体表面张力大小。
四、注意事项1. 样品需要准确称量，并严格控制温度和环境条件。
2. 气泡计需要保持干净，并严格按照操作步骤进行操作。
3. 测试过程中需要注意安全事项，避免发生意外情况。
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 (3)
一、实验目的1、测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和溶质分子的横截面积；2、了解表面张力的性质，比表面吉布斯函数的意义以及表面张力和吸附的关系；3、掌握用最大气泡法测定表面张力的原理和技术。
二、实验原理 1．比表面吉布斯函数从热力学观点看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总的比表面吉布斯函数减小的过程。
如欲使液体产生新的表面△A ，则需要对其做功。
功的大小应与△A 成正比：式中σ为液体的比表面吉布斯函数，亦称表面张力。
它表示了液体表面自动缩小趋势的大小，其量值与液体的成分、溶质的浓度、温度及表面气氛等因素有关。
2．溶液的表面吸附纯物质表面层的组成与内部的组成相同，因此纯液体降低比表面吉布斯函数的惟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变化，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低比表面吉布斯函数。
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。
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)吸附方程：式中：Г为表面吸附量(单位：mol ·m -2)；T 为热力学温度(单位：K)；C 为稀溶液浓度(单位：mol ．L —1)； R 为气体常数。
若C d dc σ⎛⎫ ⎪⎝⎭<o ，P>0，称为正吸附；若 T d dc σ⎛⎫⎪⎝⎭>o ，则P<0，称为负吸附。
本实验研究正吸附情况。
有一类物质，溶入溶剂后，能使溶剂的表面张力降低，这类物质被称为表面活性物质。
表面活性物质具有显著的不对称结构，它们是由亲水的极性基团和憎水的非极性基团构成的。
对于有机化合物来说，表面活性物质的极性部分一般为-NH+3，-OH，-SH，-COOH，-SO2OH等。
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）。
实验四 最大泡压法测定溶液的表面张力
仪器常数 K=
水
h 最大
72.11103 N/m =0.767N/m2 9.40 102 m
不同浓度正丁醇溶液的表面张力σ= Kh 最大
7
物化实验报告
正丁醇的浓度 c(mol/L) 表面张力 σ N/m
0.0328 0.06289
0.0656 0.05983
0.132 0.05829
0.0000016 0.0000014 0.0000012 0.0000010 0.0000008 0.0000006 0.0000004 0.0000002 0.0000000 -0.0000002 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
图二：Γ-c 等温图
2.50E+008
式中，Δ p 为附加压力；σ为表面张力；R 为弯曲表面的曲率半径。
4.毛细现象 毛细现象则是上述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 Ps=2σ/R 以及毛细管中升高的液柱高度所产生的 压力Δp=ρ 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。
图四 被吸附的分子在界面上的排列图
图五 表面张力和浓度关系图
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∞。 由所求得的Г∞代入 A=1/Г∞L 可求被吸附分子的截面积(L 为阿佛加得罗常数)。
5
物化实验报告
五.数据处理
实验数据的记录如下： 表一 仪器常数的测量 压力差Δh（cm） 实验次数 实验结果 平均值 1 9.40 2 9.40 9.40 表二 实验数据记录 气压： 1014.8mbar 加入正丁 0.150 0.300 0.600 0.900 1.50 2.50 3.50 正丁醇的浓 1 8.20 7.80 7.60 7.46 7.38 7.36 7.36 2 8.20 7.80 7.60 7.46 7.38 7.36 7.36 0.0328 0.0656 0.132 0.197 0.328 0.547 0.766 温度： 23.8℃ 压力差Δh（cm） 3 8.20 7.80 7.60 7.46 7.38 7.36 7.36 平均值 8.20 7.80 7.60 7.46 7.38 7.36 7.36 3 9.40
最大泡压法测定溶液的表面张力
最大泡压法测定溶液的外表张力一、实验目的1.测定不同浓度正丁醇溶液的外表张力，计算吸附量。
2.了解气液界面的吸附作用，计算外表层被吸附分子的截面积及吸附层的厚度。
3.掌握最大气泡法(或扭力天平)测定溶液外表张力的原理和技术。
二、预习要求1.掌握最大气泡法(或扭力天平)测定外表张力的原理，了解影响外表张力测定的因素。
2.了解如何由外表张力的实验数据求分子的截面积。
3.掌握如何由实验数据计算吸附量。
三、实验原理从热力学观点来看，液体外表缩小是一个自发过程，这是使体系总自由能减小的过程，欲使液体产生新的外表ΔA，就需对其做功，其大小应与ΔA成正比:(1)如果ΔA为1m2，则-W′=σ是在恒温恒压下形成1m2新外表所需的可逆功，所以σ称为比外表吉布斯自由能，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，称为外表张力，其单位是N·m-1。
在定温下纯液体的外表张力为定值，当加入溶质形成溶液时，外表张力发生变化，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，溶质能降低溶剂的外表张力时，外表层中溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的外表张力升高时，它在外表层中的浓度比在内部的浓度低，这种外表浓度与内部浓度不同的现象叫做溶液的外表吸附。
在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的外表张力及溶液的浓度之间的关系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程:(2)式中，Г为溶质在表层的吸附量;σ为外表张力;C为吸附到达平衡时溶质在介质中的浓度。
当<0时，Г>0称为正吸附；当>0时，Г<0称为负吸附。
吉布斯吸附等温式应用范围很广，但上述形式仅适用于稀溶液。
引起溶剂外表张力显著降低的物质叫外表活性物质，被吸附的外表活性物质分子在界面层中的排列，决定于它在液层中的浓度，这可由图Ⅲ-23-1看出。
图Ⅲ-23-1中(1)和(2)是不饱和层中分子的排列，(3)是饱和层分子的排列。