最大泡压法测定溶液的表面张力实验报告

2012年02 月21 日总评：

姓名：学校：陕西师范大学

年级：2010级专业：材料化学

室温：10.0℃大气压: 100kpa

一、实验名称：最大泡压法测定溶液的表面张力

二、实验目的：

（1）了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系；

（2）通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇分子的横截面积，掌握气泡最大压力法测定表面张力的原理和技术。

技能要求：掌握自动界面张力仪的使用方法，实验数据的作图处理方法.

三、实验原理：

（1）表面张力的物理意义：在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的吉布斯自由能的增值称为表面吉布斯自由能（J·m-2），用γ表示。也可以

看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（N·m-1）；

（2）影响表面张力的因素：液体的表面张力与温度有关，温度越高，表面张力越小。

液体的表面张力与液体的浓度有关，在溶剂中加入溶质，表面张力就会发生变

化；

（3）表面张力与吸附量的关系：表面张力的产生是由于表面分子受力不均衡引起的，当加入一种物质后，对某些溶液（包括内部和表面）及固体的表面结构会带来

强烈的影响，则必然引起表面张力的改变。如果溶质加入能降低表面吉布斯自

由能时，边面层溶质浓度比内部大；反之增加表面吉布斯自由能时，则溶液在

表面的浓度比内部小。由此可见，在指定温度和压力下，溶质的吸附量与溶液

的表面张力有关，即吉布斯等温吸附方程：

Γ= -（dσ/dc）T（c/RT）

其中Γ为溶质的表面超额，c 为溶质的浓度，σ为溶液的表面张力：

1）若dσ/dc＜0，Γ＞0，为正吸附，表面层溶质浓度大于本体溶液，溶质是表面活性剂。

2）若dσ/dc＞0，Γ＜0，为负吸附，表面层溶质浓度小于本体溶液，溶质是非表面活性剂。

溶液的饱和吸附量： c/Γ= c/Γ∞＋1/KΓ∞

分子的截面积：σB = 1/（Γ∞L）L=6.02×1023

四、实验数据及处理：

以纯水(25℃)的测量结果计算仪器毛细管常数K′，纯水的表面张力σ查书附录。

查表得：温度：25℃水的表面张力σ：0.07197N/m仪器常数K′：0.0735

实验数据记录：

2、拟合曲线y=ax 2+bx+c ，由直线斜率求其饱和吸附量∞Γ，并计算乙醇分子的横截面积σB ，附图：

拟合二次函数得到：y=0.000262889x 2-0.0055x+0.06227

求导：y ’=0.000525778x-0.0055

根据上表绘制--c 曲线：

计算：∞Γ＝1 / 245115σB ＝1/ ∞ΓL ＝4.07168*10-19

五、讨论思考：

1.与文献值（见书中附录）对照，检验你的测定结果，并分析原因。

答：绘制出的曲线不是很符合特征（标准）曲线，可能是实验数据误差较大引起的，

归结起来可能由以下原因引起：

（1）出泡速率不能太快。因为出泡速率快将使表面活性物质来不及在气泡表面达

到吸附平衡，也将使气体分子间摩擦力和流体与管壁间的摩擦力增大，这将造成压力差增大，使表面张力测定值偏高。所以要求从毛细管中溢出的气泡必须单泡溢出，有利于表面活性物质在表面达到吸附平衡，并可减少气体分子及气体与管壁之间的摩擦力，才能获得平衡的表面张力；