最大气泡压力法
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 2010-04-12T=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。
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
物化实验-最大气泡法
最大气泡压力法实验报告1 实验目的1.测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力。
2.根据吉布斯公式计算正丁醇溶液的表面吸附量。
3.掌握用最大气泡法测定表面张力的原理和技术。
2 实验原理液体表面层的分子受内层分子的吸引与受表面层外介质的吸引并不相同，处于不平衡状态，具有较大势能，如欲使液体产生新的表面，就需要对其做功。
可逆地使表面积增加dA 所需作的功为−δW = ydA,(1)比例系数y 表示在等温等压下形成单位表面所需的可逆功，其数值等于作用在界面上每单位长度边缘的力，称为表面张力。
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，表面层溶质的浓度比内部的浓度低（溶液的表面吸附）。
它们之间的关系遵守吉布斯公式式中Γ 为表面吸附量mol·m²,y 为表面张力N·m²本实验采用最大气泡法测定表面张力。
降低毛细管外压力，则气泡将自管口内壁逐渐形成，见下图。
开始时形成的气泡曲率半径很大，随后半径逐渐变小，泡内外的压力差逐渐增加。
当形成的气泡刚好是半球形时半径最小，泡内外压力差达到最大值。
此后半径又逐渐变大，压力差逐渐下降，从而使气流冲入气泡内最终将其吹离管口。
在此过程中，最大压力差记为∆p，气泡呈半球形时的半径为r，由Young-Laplace 方程有：式中的K 值对同一支毛细管及同一种压力计介质是常数，称作仪器常数。
由已知表面张力的液体作标准求出常数K3 实验操作1.溶液配制用容量瓶及所给正丁醇水溶液配制浓度分别为0.3、0.25、0.2、0.15、0.1、0.05、0.025 mol·dm−3 的正丁醇水溶液。
2.测定仪器常数充分洗净大试管4 及毛细管1，在大试管中注入适量的去离子水，使毛细管端口刚好和液面垂直相切。
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。
(情绪管理)最大气泡压力法测定溶液的表面张力最全版
（情绪管理）最大气泡压力法测定溶液的表面张力最大气泡压力法测定溶液的表面张力壹、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、基本原理在壹个液体的内部，任何分子周围的吸引力是平衡的。
可是在液体表面表面层中，每个分子都受到垂直于且指向液体内部的不平衡力。
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，通常把增大壹平方米表面所需的最大功A或增大壹平方米所引起的表面自由能的变化△G,称为单位表面的表面能，其单位为J·m－1；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。
如欲使液体表面面积增加ΔS时，所消耗的可逆功A应该是：壹A＝ΔG＝σΔS（1）液体的表面张力和温度有关，温度愈高，表面张力愈小。
根据能量最低原则，若溶质能降低溶剂的表面张力，则表面层中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升高，那么溶质在表面层中的浓度应比溶液内部的浓度低。
这种表面浓度和溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。
在壹定的温度和压力下，溶液表面吸附溶质的量和溶液的表面张力和加入的溶质量（即溶液的浓度）有关，它们之间的关系可用吉布斯(Gibbs)公式表示：Γ＝－()T（2）式中：Γ为吸附量(mol·m－1)；σ为表面张力(J·m-1)；T为绝对温度(K)；c为溶液浓度(mol．L －1)；R为气体常数(8．314J．K—I·mol－1)。
()T表示在壹定温度下表面张力随溶液浓度而改变的变化率。
如果σ随浓度的增加而减小，也即()T<0，则Γ>0，此时溶液表面层的浓度大于溶液内部的浓度，称为正吸附作用。
如果σ随浓度的增加而增加即()T>0，则Γ<0，此时溶液表面层的浓度小于溶液本身的浓度，称为负吸附作用。
七、最大气泡法测定溶液的表面张力
宁 波 工 程 学 院物理化学实验报告专业班级 化工114班 姓名 提子 序号 17 同组姓名 指导老师 胡爱珠 杨建平 实验日期 2013.5.21 实验名称 实验七 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、表明自由能、表面张力和吸附量关系的理解。
二、实验原理1、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吸附等温式： 根据朗格缪尔公式：以c/Г对c 作图，得以直线，该直线的斜率为1/Г∞三、实验仪器、试剂1、仪器：最大泡压表面张力仪1套、洗耳球1个、移液管(50ml 和1ml)各1只、烧杯(500ml)2、试剂：正丁醇(分析纯)、蒸馏水 四、实验步骤1、仪器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，烘干后按图接好。
检查是否漏气。
2、仪器常数的测定调节液面与毛细管端相切，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。
当气泡刚脱离管端的一瞬间，压力计中液位差达到最大值，此时记录下Δp 最大值；改变气泡逸出速率(控制在每分钟5-10个)，再依此记录2次，取其平均值。
再由手册中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，按浓度从低到高的顺序依次测定预先配好的正丁醇溶液的Δp 最大值，每次置换溶液前都先用新溶液润洗2次，再按2方法测定。
五、数据记录与处理1、计算仪器常数K 和溶液表面张力γ，绘制γ-c 等温线。
室温：27.9℃ 大气压力：100.21Kpa 恒温槽温度：30℃ γ水：71.18×10-3 N/m K:1.1041×10-4c d RT dcГγ=－Kc1KcГГ∞=+c 1+Kc c 1 K K ГГГГ∞∞∞==+2RP γ∆=max 2RP γ∆=maxK p γ=∆浓度c(mol/dm3) 水0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.16 0.2 0.24Δpm ax(Pa) 644.7 621.3 576.0 542.3 515.7 491.7 471.7 449.0 419.0 397.7 Δpmax1(Pa)646 622 577 542 515 493 470 451 418 398 Δpmax2(Pa)643 621 576 543 517 490 472 448 419 397 Δpmax3(Pa)645 621 575 542 515 492 473 448 420 398 γ×10-3(N/m) 71.18 68.60 63.60 59.88 56.94 54.29 52.08 49.58 46.26 43.91 由图表数据作γ-c等温线图：由图1可得Y = 0.07142-0.20629*X+0.39219*X2可以得到γ-c的关系式为Y = 0.07142-0.20629*C+0.39219*C2由此得到dγ/dc=0.78438c-0.20629将不同的c值代入上式，就可以得到在不同浓度c下的dγ/dc了。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
溶液表面张力及吸附分子横截面积的测定
实验目的
1． 学习用最大气泡压力法测定溶液的表面张力σ。
2．了解用吉布斯方程在溶液表面吸附中的实验应用。
3．了解溶液表面吸附分子的横截面积的测量方法 。
实验原理
1． 溶液表面的过剩物质的量Γ
表面张力σ（或比表面Gibbs 函数）是表面化学热力学的重要性质之一。
纯溶剂中溶入溶质形成溶液后，溶液的表面张力不同于纯溶剂。
按照溶液表面张力随溶质浓度的变化规律可把溶质分为三种情况。
溶液的表面张力随溶质浓度的增加而增大；溶液的表面张力随溶质浓度的增加而减小；溶液的表面张力最初随溶质浓度的增加而急剧减小，当达到某一临界浓度时，溶液的表面张力不再随溶质浓度的增加而变化，见图3-30。
定量地描
本实验研究正吸附的情况。
只要获得了溶
液表面张力随溶质浓度的变化曲线，就可用微 分法得到某一浓度下的（d σ/d c ）T
，，然后依据方程（3-63）得到表面过剩物质的量Γ。
2。
饱和表面过剩物质的量与吸附分子的横截面积
对于正吸附的情况，溶质分子在溶液表面过剩物质的量Γ取决于溶质在溶液本体的浓度。
在本体浓度较小时，Γ随c 的增加而增大，当溶液表面已经盖满一层溶质分子时，Γ达到最大，用符号Γ∞表示。
称为饱和表面过剩物质的量。
若以1/Γ 对π（称为表面压力）作图则得图3-31；π的定义如式（3-64）：
π=σ0 -σ （3-64）
述这一规律的方程是Gibbs 等温吸附方程 ()
c RT c ΓT
d d σ-= （3-63） 式（3-63）中，Γ被Gibbs 称为表面过剩物质的
量，单位为mol·m -2。
对某些溶液系统（如电解质溶液系统）式中的浓度c 有时要用活度a 代换。
由图3-30，对曲线A ，（d σ/d c ）T ＞0，Γ＜0，这种情况称为负吸附。
对曲线B 和C ，（d σ/d c ）T ＜0，Γ＞0，这种情况称为正吸附。
由图3-31看出，当π较大时（即浓度c 较小时）
1/Γ趋向于一个定值，此定值即1/Γ∞。
由此可求得Γ∞。
然后由式（3-65）计算吸附分子的
横截面积A c 。
L ΓA ∞=1C （3-65） 式（3-65）中L 为Avogadro 常量。
图3-30溶液的表面张力随溶质浓度的变化
浓度c σ
1/Γ1/Γ∞ 图3-31 1/Γ ~π关系曲线
3．最大气泡压力法测定液体的表面张力
测定液体表面张力的方法有最大气泡压力法、落球法、扭称法、滴重法及毛细管上升法等。
本实验采用最大气泡压力法。
仪器和药品
最大气泡压力法表面张力测定仪（见实验34）；下口瓶；恒温水浴；无水乙醇（AR）
实验步骤
1．用去离子水和无水乙醇配制下列无水乙醇水溶液
2．将待测液体15~30mL装入洗净烘干的磨口瓶1中，盖好磨口瓶盖；将自来水注入下口瓶8中，关好两通阀10；如图连接好各部分（方法见实验34）；将磨口瓶1放入恒温槽中并用夹子夹牢，使整体垂直向下；将恒温槽温度控制在25℃，恒温10~15分钟后，打开下口瓶8的放水活塞10，调整放水速率，使测量瓶的毛细管端每隔6秒左右鼓出一个气泡（一次只能鼓一个气泡，不可连续鼓泡！）；测量毛细管鼓泡时的最大压差（方法同实验34），分别测出p细和p粗，然后有Δp=p细-p粗。
3．用2的方法依次测量表3-8中各液体样品的Δp。
数据处理
1、手工处理数据
（1）从教材附录中查出纯水的表面张力；用实验34的方法计算各无水乙醇水溶液的表面张力。
(2)将各样品的表面张力填入表3-9中。
（3）用微分法求取σ~ c曲线上每一个浓度下的斜率，即（dσ/d c）T。
（4）用式（3-64）计算π。
（5）用式（3-63）计算各表面过剩物质的量Γ，并计算1/Γ。
（6）作（1/Γ）~ π图，由图中求出Γ∞。
（7）用式（3-65）计算吸附乙醇分子的横截面积A c。
（8）将上述计算的各个量填入表3-9。
表3-9 无水乙醇水溶液表面张力测定数据表实验温度：25℃
思考题
1．那些溶质能在液态溶液表面发生正吸附，那些溶质发生负吸附？
2．溶液表面吸附法测定吸附分子的横截面积对溶液的浓度有限制么？
3、用最大气泡压力法测定液体的表面张力对鼓泡速度有什么要求？连续鼓泡产生哪些不利影响？。