实验五最大泡压法测定溶液的表面张力

第1页，共14页，2023年，2月20日，星期六1）测定不同浓度的正丁醇水溶液的表面张力，根据吉布斯（Gibbs）吸附公式计算溶液的表面吸附量和正丁醇分子的横截面积。2）通过气泡最大压力的测定，进一步了解表面张力的性质以及表面张力和吸附的关系。3）掌握用最大泡压法测定表面张力的原理和技术。Ⅰ实验目的第2页，共14页，2023年，2月20日，星期六

Ⅱ实验原理由于溶质分子的存在，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。用热力学方法导出了溶液表面张力随浓度变化率与表面吸附量Γ之间的关系式。对两组分的稀溶液：本实验就是测定不同浓度溶液的表面张力，从σ—c曲线上求出不同浓度的吸附量Γ，再从c/Γ—c

曲线上求出饱和吸附量Γ∞，进而计算溶质分子的横截面积A。式中：Γ为单位表面上被吸附物质的量（单位：mol/m2），c为物质的量浓度。吉布斯吸附公式在σ—c曲线上任选一点i作切线，可得该点所对应的浓度的斜率，再由上式可求得不同浓度下的Γ值。第3页，共14页，2023年，2月20日，星期六朗谬尔（langmair）提出吸附量与浓度c的关系可表示为：

以c/Γ—c作图，直线斜率的倒数为Γ∞。式中L为阿伏加得罗常数。那么每个分子在表面上所占得面积为：A=1/(Γ∞.L)如果以N代表1m2表面上溶质的分子数，则：第4页，共14页，2023年，2月20日，星期六本实验用最大泡压法测定正丁醇水溶液的表面张力。将被测液装于滴定管中，使毛细管端与液面相切。当不断从系统减压时，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。第5页，共14页，2023年，2月20日，星期六弯曲液面的附加压力——拉普拉斯方程σσ弯曲表面上的附加压力Ps或△P第6页，共14页，2023年，2月20日，星期六本实验用最大泡压法测定正丁醇水溶液的表面张力。将被测液装于滴定管中，使毛细管端与液面相切。当不断从系统减压时，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。气泡内的压力：气泡外的压力：

当毛细管口与液面相切，即h=0，则气泡外的压力为：附加压力第7页，共14页，2023年，2月20日，星期六根据附加压力的定义：

式中，k为毛细管常数，其值可由σ1及实验测得的最大压力差Pmax(1)求得。（对球面而言）另外，根据拉普拉斯（laplace）方程，半径为r的凹面对小气泡的附加压力为：

对两种溶液的表面张力分别为σ1和σ2，用同一支毛细管测定时。可得：如果以测定某已知表面张力的液体（如水）作标准，则另一溶液的表面张力，可迅速测定其Pmax而求得。即对同一毛细管，有：第8页，共14页，2023年，2月20日，星期六Ⅲ实验步骤

1）调节恒温浴槽为25℃；2）溶液的配制。分别配制0.01mol/L、0.02mol/L、0.05mol/L、0.10mol/L、0.15mol/L、0.20mol/L、0.25

mol/L、0.30mol/L、0.35mol/L的乙醇水溶液待用；（25℃下，正丁醇的密度为0.7985g/mL,摩尔浓度为10.77mol/L。具体操作见教材P379）3）按图19-1组装仪器，DP—AW精密数字压力计的调节与使用；（见使用说明书）第9页，共14页，2023年，2月20日，星期六实验装置图

第10页，共14页，2023年，2月20日，星期六Ⅲ实验步骤

1）调节恒温浴槽为25℃；2）溶液的配制。分别配制0.02mol/L、0.04mol/L、0.08mol/L、0.12mol/L、0.16mol/L、0.20mol/L、0.24

mol/L、0.28mol/L的正丁醇水溶液待用；（采用称量法来配制）3）按图19-1组装仪器，DP—AW精密数字压力计的调节与使用；（见使用说明书）4）仪器常数K值的测定；5）不同浓度的正丁醇水溶液表面张力的测定。第11页，共14页，2023年，2月20日，星期六Ⅳ

注意事项

3、测定时气泡逸出的速度不能太快。以每分钟8－12个为宜。

1、毛细管一定要洗涤干净，否则测定的数据不真实；毛细管的清洗方法：先用滤纸将毛细管外壁的水擦干，再在下次被测溶液中沾一下，溶液在毛细管中上升一液柱，然后用洗耳球将溶液吹出，重复3-4次。切忌用洗耳球将溶液吸至毛细管内再将其吹出，如此操作容易引起毛细管的堵塞。2、在测定实验数据之前一定要检查系统的气密性，否则数据不真实；第12页，共14页，2023年，2月20日，星期六Ⅴ数据处理1）测定纯水的Pmax，计算毛细管常数K值；2）计算各溶液的表面张力σ；3）作σ—c图，在曲线上取8—10个点，分别作出曲线，并求其斜率。4）计算各浓度的吸附量Γ，作c/Γ—c图，由直线斜率求出Γ∞（文献值：8.28474×10-8mol/m2)，并计算分子截面积S0值（文献值：