宁 波 工 程 学 院
物理化学实验报告
专业班级 化工112 姓名 田飞成 序号 11402010239 同组姓名 金鹏、姚志杰 指导老师 付志强、姚利辉 实验日期 2013-5-27
实验名称 最大压力气泡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. 通过对不同浓度正丁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．在一定温度下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时，表
面张力发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。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。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。在一定的温度和压力下，溶液表面吸附溶质的量与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=(-c/RT)*(dγ/dc) (1)
式中，Γ为溶质在表层的吸附量；γ为表面张力；c为吸附达到平衡时溶质在介质中的浓度。
根据朗格谬尔公式：
Γ =Γ∞*(Kc/1+Kc) (2)
式中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 =(Kc+1)/KΓ∞=c/Γ∞+1/(KΓ∞) (3) 以C/Γ对C作图，得一直线，该直线的斜率为1/Γ∞
由所求得的Γ∞代入Am=1/Γ∞*L可求被吸附分子的截面积（L为阿佛
加得罗常数）。
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）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。
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）在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱出，此附加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
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。
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，这时的曲率半径R和毛细管的半径r相等，曲率半径最小值，根据上式这时附加压力达最大值。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。 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。
三、 实验仪器、试剂
仪器：最大泡压法表面张力仪1套，洗耳球1个，移液管（50ml和1ml）
各一只，烧杯（500ml）1只。
试剂：正丁醇（分析纯），蒸馏水。
四、 实验步骤
1. 仪器准备和检漏
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，烘干后接好，检查是否漏气。 2. 仪器常数的测量
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)，再依次记录2次，
取平均值。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、 实验记录与处理
室温：28.7℃ 大气压：99.68 kPa 恒温槽温度：30.00℃ γ水：71.18 mN.m-1
浓度mol·dm-3 Δp最大/Pa Δp最大,1/Pa Δp最大,2/Pa Δp最大,3/Pa γ/10-3N·m-1 水 705 703 705 707 71.18 0.02 658 656 658 660 0.04 629.7 632 629 628 0.06 599 599 600 598 0.08 0.10 0.12 0.16 477 477 477 477 0.20 458 458 459 457 0.24 422.7 422 423 423 42.69 572.7 545.3 529.7 571 573 574 547 543 546 531 530 528 66.46 63.60 60.50 57.84 55.08 53.50 48.18 46.26 1. 水的表面张力为γ=71.18*10-3N·m-1，计算仪器常数
K=γ/ΔPmax=71.18*10-3/705=1.01*10-4
根据γ=KΔp最大，可以求得正丁醇不同浓度下的γ，填入表格。 2.做切线求Γ，c/Γ
由图得到曲线方程：y = 0.06977– 0.16753x +0.23212x2 ∴ dy/dx = -0.16753+ 0.424x，即为所求的斜率， 浓度mol·dm-3 斜率*10-5 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.16 -9.33 0.20 -7.47 0.24 -5.61 -15.82 -14.90 -13.97 -13.04 -12.11 -11.18 根据Γ=(-c/RT)*(dγ/dc)，可以求得下表， 浓度mol·dm-3 Γ(mol·m-2)*10-6 c/Γ(m-1)*106 0.02 2.19 9.13 0.04 2.40 16.67 0.06 3.38 17.75 0.08 4.21 19.00 0.10 4.88 20.49 0.12 5.41 22.18 0.16 6.01 26.62 0.20 6.02 33.22 0.24 5.43 44.20 3. 绘制Γ-c，c/Γ-c等温线，求Γ∞并计算Am
由图可得斜率k=135*103,k=1/Γ∞，Γ∞=7.41*10-6 mol·m-2 根据Am=1/(Γ
∞
L)，得Am=2.24*10-19 m2，此值与理论值2.4×10-19～
3.2×10-19m2基本接近。
六、 结果与讨论
实验结果与理论值较接近，误差也在允许范围内。存在误差
的原因有： 1 . 实验过程中有时出现的气泡为一连串，导致测得的值有偏差。 2． 所用的毛细管需要润洗，在润洗过程中也有可能由于润洗不
彻底导致实验误差。
