最大泡压法测定溶液的表面张力为什么必须测准水的

这受到多方面因素的影响。

1、仪器 不同的仪器会造成数据有所差别，存在一定的误差。

2、操作因素 即使每个人操作正确，但不同的人会因个人主观因素影响，个别操作误差较大，数据就相差大

3、注意毛细管和样品管要清洗，特别要注意毛细管要垂直刚好与液面接触，读数应读出气泡单个逸出时的最大压力差，否则数据不准确。

1.毛细管的尖端要平整？选择毛细管直径大小时应该注意什么？

答：实验中默认鼓出的气泡为半球形，其曲率半径R和毛细管的半径r相等时达到最小值，而附加压力达到最大值，以此测出液体的表面长力。如果毛细管尖端不平整，就不能得到半球形气泡。选择毛细管时，其直径不宜太大，因为毛细管半径较小的时候才能保证其形成的气泡基本上是球星的。

2.如果气泡出的很快对结果有何影响？

答：气泡出的很快会使气泡不能一个一个鼓出而几个气泡聚集在一起，使得数据变大。

3.用最大气泡法测表面张力时，为什么要取一标准物质？本实验中若不用水作标准物质行不行？最大气泡法的使用范围怎么样？

答：用最大起泡法测定表面张力时，毛细管的直径很小，故要通过获得其半径来计算液体的表面张力难度较大，但仪器的半径是不会改变的，故认为它是一个常数，因而需要取一标准物质，通过其已知的表面张力来推算出这个常数。本实验中可以不用水作为标准物质。最大气泡法因为与接触角无关，装置简单，测定快速，故使用的范围很广，经过适当的设计可以用于熔融金属和熔盐的表面张力测量。

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

1. 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：

第 1 页

Γ=﹣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/Γc-C直线斜率tgβ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：

=（tgβ）-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。

第 2 页

2. 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。

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。，

第 3 页

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。依δ*ρ=*M,由此得出求分子的式子。

3. δ的测定方法有环法、滴重法、毛细管上升法等，其中最大气泡法设备简单，易操作，应用广。此法是将下口齐平的毛细管垂直插入试液，并使管口刚与液面相切，则可看到在毛细管内形成凹液面。凹液面受力一是大气压，二是附加压力，因此凹液面受到的总压是p1=p0+△p=p0+2σ/r.

第 4 页

现对管外减压，随管外压力p2=p0+ρg△h减小，|△h|增大，|r|减小，p1随p2同步减小，故p2=p

最大气泡压力法测定液体的表面张力的测定——最大气泡法

一、 实验目的

1． 掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。

2． 通过对不同浓度正丁醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能和表面吸附量关系的理解。

3． 学习用Matlab处理实验数据。

4． 使用《管理系统》完成实验。

二、 实验原理

图20-1 分子间作用力示意图

在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。可是在液体表面层的分子却不相同。因为表面层的分子，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，而且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20－l所示）。这种吸引力使表面上的分子向内挤促成液体的最小面积。

要使液体的表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功增加分子的位能。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。

通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的变化值ΔG称为单位表面的表面能其单位为J．m-3。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Nm-1。液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。

欲使液体表面积增加△S时，所消耗的可逆功A为：

-A =△G =σ△S

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。液体的表面张力也与液体的纯度有关。

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。

当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化。把溶质在表面层中与本体溶液中浓度不同的现象称为溶液的表面吸附。使表面张力降低的物质称为表面活性物质。用吉布斯公式(Gibbs)表示：

图20-2 最大气泡法表面张力测定装置

式中： 为表面吸附量(mol.m-2)，σ为表面张力（J.m-2）。 表示在一定温度下表面张力随浓度的改变率。即：

<0，Г>0，溶质能降低溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附作用。

>0，Г<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。

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。

如图20-2是最大气泡法测定表面张力的装置示意。待测液体置于支管试管中，使毛细管端面与液面相切，液面随毛细管上升。打开滴液漏斗缓慢抽气。

此时，由于毛细管液面所受压力大于支管试管液面所受压力，毛细管液面不断下降，将从毛细管缓慢析出气泡。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，因此有以下关系：

P大气 = P系统 +△P

附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径R成反比。

温度的变化对结果会有很大影响，表面张力是分子性质，而温度会影响分子的热运动动能。温度升高，表面张力下降。

大气压强变化不会对结果造成影响，因为整个系统连通大气，受到的大气压是相同的。无论是毛细管测量装置，还是U型管压力测量装置，大气压都不会造成影响。

扩展资料

最大气泡法测量表面张力的原理

在液体内部的任何分子周围的吸引力是平衡的（此处不考虑分子间斥力的影响），但在液体表面层的分子却不相同。因为表面层的分子，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，而且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。

这种吸引力有使表面积最小的趋势，要使液体的表面积增大就必须要反抗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。

实际上，不仅在气液界面存在表面张力，在任何两相界面处都存在表面张力。表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向使表面积缩小的一侧。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，液体与气体部分，表面张力趋近于零。液体的表面张力也与液体的纯度有关。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与加入量的多少。

由于表面张力的存在，产生了很多特殊的界面现象。

最大泡压法测定溶液表面张力：最大泡压法是一种测定溶液表面张力的方法，溶液的表面张力 σ是强度因子，是物质的重要特性之一，在一定的温度和压力下有一定的数值。测定表面张力的方法有多种，在科研和教学上常采用的有：毛细管上升法 、最大泡压法 、滴重或滴体积法 、拉脱法等。其中最大泡压法测定溶液表面张力实验装置简单、操作方便，且不需要测定接触角 θ 和液体密度 ρ ，因而是大学物理化学实验中的重要内容之一。

在测定表面张力时，毛细管的端面与液面相切，这样是为了数据处理方便。如果做不到相切，每次实验毛细管浸没的深度应保持一致。

测定溶液的表面张力仪时，要从浓度低到浓度高的溶液依次进行。避免待测溶液污染，浓度发生明显变化。每次安装好仪器，进行测定前，注意要先打开抽气瓶上的塞子，连通大气，再塞紧塞子进行实验测定。

最大泡压法是一种测定溶液表面张力的方法，溶液的表面张力 σ是强度因子，是物质的重要特性之一，在一定的温度和压力下有一定的数值。测定表面张力的方法有多种，在科研和教学上常采用的有：毛细管上升法 、最大泡压法 、滴重或滴体积法 、拉脱法等。

其中最大泡压法测定溶液表面张力实验装置简单、操作方便，且不需要测定接触角 θ 和液体密度 ρ ，因而是大学物理化学实验中的重要内容之一。

实验步骤：

仪器准备与检漏

将表面张力仪容器和毛细管洗净、烘干。在恒温条件下将一定量蒸馏水注入表面张力仪中，调节液面，使毛细管口恰好与液面相切。

打开抽气瓶活塞，使体系内的压力降低，当U形管测压及两端液面出现一定高度差时，关闭抽气瓶活塞，若2~3min内，压差计的压差不变，则说明体系不漏气，可以进行实验。

仪器常数的测量

打开抽气瓶活塞，调节抽气速度，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且每个气泡形成的时间约为5~10s。当气泡刚脱离管端的一瞬间，压差计显示最大压差时，记录最大压力差，连续读取三次，取其平均值。

表面张力随溶液浓度变化的测定

用移液管分别移取0.150mL、0.300mL、0.600mL、0.900mL、1.50mL、2.50mL、3.50mL待测液，移入7个50mL的容量瓶，配制成一定浓度的待测溶液。

然后由稀到浓依次移取一定量的待测溶液，按照步骤（2）所述，置于表面张力仪中测定某浓度下待测溶液的表面张力。随着待测液浓度的增加，测得的表面张力几乎不再随浓度发生变化。

1、通过测定不同浓度的正丁醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量与浓度的关系及吸附量和正丁醇分子的横截面积。 2、了解表面张力的性质，表面能的意义及表张力和吸附的关系。 3、掌握用最大泡压法测定表面张力的原理和技术。 二、实验原理 1、表面自由能 物体表面的分子和内部分子所处的境遇不同，表面层的分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。如果把一个分子自内部迁移到表面，就需要对抗拉力而作功，故表面分子的能量比内部分子大。增加体系的表面，即增加了体系的总能量。体系产生新的表面（△A）所需耗费功（W）的量，其大小应与△A成比，即：—W=σ△A （15-1） 如果△A=1m2，则-W=σ，即在等温下形成1m2新的表面所需的可逆功。故σ称为单位表面自由能。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，其单位为N·m-1。它表示表面自动缩小的趋势的大小。表面张力是液体的重要特性之一，与所处的温度、压力、液体的组成共存的另一相的组成等有关。纯液体的表面张力通常指该液体与饱和了其自身蒸气的空气共存的情况而言。 2、溶液的表面吸附 纯液体表面的组成与内部的组成相同，因此，溶液降低体系表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。对于溶液由于溶液会影响表面张力，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，表面层中溶质的浓度应比溶液内部来得大。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内部的浓度低。这种表面浓度与溶液内部不同的现象叫“吸附”。显然，在指定温度和压力下，吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。Gibbs用热力学的方法推导出它们之间的关系式： （15-2） 式中：Γ为表面吸附量（mol·m-2）；R为气体常数（8.314J·mol-1·K）；c