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宁波工程学院 物理化学实验报告
实验名称 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、表面自由能、
表面张力和吸附量关系的理解。
二、实验原理
1、 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循吉布斯吸附等温式：
Γ = –（c/RT）*（dγ/dc） ①
式中，Г为溶液在表层的吸附量；γ为表面张力；c为吸附达到平衡时溶液在介质中的浓度。
根据朗格谬尔（Langmuir）公式：
Γ =Γ∞Kc/（1＋Kc） ②
Γ∞为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的Γ∞ c/Γ =（1＋Kc）/（Γ∞K） = c/Γ∞＋1/Γ∞K ③ 以c/Г对c作图，则图中该直线斜率为1/Г∞。
由所得的Г∞代入Am=1/Г∞L可求被吸附分子的截面积（L为阿伏伽德罗常数）。 2、 本实验用气泡最大压力法测定溶液的表面张力，其仪器装置如图1所示：
图1、最大气泡压力法测量表面张力的装置示意图
1、恒温套管；2、毛细管（r在0.15～0.2mm）；3、U型压力计（内装水）；4、分液漏斗；5、吸滤瓶；6、连接橡皮管。
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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，液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，毛细管内的液面上受到一个比A瓶中液面上大的压力，当此压力差——附加压力（△P=P大气–P系统），附加
ΔP=2γ/R ④
式中，ΔP为附加压力；γ为表面张力；R为气泡的曲率半径。
根据上式，R=r时的最大附加压力为：
ΔP最大= 2γ/r ⑤
实际测量时，使毛细管端刚与液面接触，则可忽略气泡鼓起所需克服的静压力，这样就可以直接用上式进行计算。
当将其它参数合并为常数K时，则上式变为： γ=KΔP最大 ⑥ 式中仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。
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：
三、仪器药品
1、仪器：最大泡压法表面张力仪1套，洗耳球1个，移液管(50ml和10ml)
各一支，烧杯（500mL）。
2、药品：正丁醇（分析纯），蒸馏水。
四、实验步骤
1、仪器的准备与检漏
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5-9接好，检查是否漏气。 2、仪器常数的测定
调节液面与毛细管相切，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（数显微压差测量仪为5~10s），当气泡刚脱离管端的一瞬间，压力计中液位差达到最大值，当显示的最大值比较稳定时，记下数据，重复调节2次并记下相应的数值。再由手册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，按浓度从高到低的顺序依次测定预先配好的正丁醇溶液的△P最大值，每次置换溶液前都先用溶液润洗2次，再按2方法测定。
五、实验数据记录及处理
1、实验数据的记录
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恒温槽温度 室温 大气压 25℃ 26.5℃ 99.66KPa c ΔP最大 ΔP最大，1 ΔP最大，2 ΔP最大，3 γ N/m mol.dm-3 水 628.3 631 627 627 0.07118 0.02 610.0 610 610 610 0.06911 0.04 561.7 561 561 563 0.06364 0.06 538.3 540 538 737 0.06099 0.08 510 510 510 510 0.05778 0.10 490.7 490 490 492 0.05560 0.12 452.3 454 451 452 0.05125 0.16 442.7 443 443 442 0.05016 0.20 402 401 402 403 0.04555 0.24 393.7 395 392 394 0.04461 2、计算仪器常数K值
∵γ = KΔp
∴K=γ水/ΔP最大=0.07118/628.3=1.133×10-4m 根据K值得到一组γ值，γ= KΔp 以γ(N/m)--c (mol.m-3)作图如下:
γ水 71.18×10-3N.m-1 Γmol*m — 1.612*10-6 2.953*10-6 4.022*10-6 4.820*10-6 5.347*10-6 5.603*10-6 5.301*10-6 3.914*10-6 1.442*10-6 -2c/Γ×107 m-1 — 1.241 1.355 1.492 1.660 1.870 2.142 3.018 5.110 16.643
根据上图，可以得到γ-c的关系式为γ=4.20202×10-7c2-2.16593×10-4c+0.07251 由此得到dγ/dc=8.40404×10-7c-2.16593×10-4，其中c的单位为mol.m-3
根据Γ = –（c/RT）*（dγ/dc） 便可求出不同浓度下的Γ 和c/Γ ，结果见上表
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实验七最大气泡压力法测定溶液的表面张力
