1、 大学 实验报告 实验日期： 成绩： 班级： 学号： 姓名： 教师： 同组者： 表面张力测定最大压差法 一、实验目的 1. 掌握最大压差法测定表面张力的原理及方法； 2. 测定正丁醇水溶液的表面张力，了解表面张力的概念及影响因素； 3. 学习Gibbs 公式及其应用。 二、实验原理 由于静吸引力的作用，液体表面趋于收缩。要扩大表面，就要克服静吸引力做功，所以表面分子总比内部分子多具有一定的能量，这多具有的能量叫表面能。 单位表面具有的表面能叫表面张力。 在一定温度、压力下纯液体的表面张力是定值。但在纯液体中加入溶质，表面张力就会发生变化。若溶质使液体的表面张力升高，则溶质在溶液相表面层的浓度小
2、于在溶液相内部的浓度；若溶质使液体的表面张力降低，则溶质在溶液相表面层的浓度大于在溶液相内部的浓度。这种溶质在溶液表面的浓度和相内部的浓度现象不同叫吸附。 在一定的温度、压力下，溶质的表面吸附量与溶液的浓度、溶液的表面张力之间的关系，可用吉布斯吸附等温式表示： d (1) d mol/L mol/L N/m N m/K mol K c RT c cRT ssG=-G-61485 .-61485 . 式中： 吸附量（ ） 吸附质在溶液内部的浓度（ ） 表面张力（ ） 通用气体常数（ ） 绝对温度（ ） 若，溶质为正吸附；若，溶质为负吸附。通过实验若能测出表面张力与溶质浓度的关系，则可作出-c 曲
3、线，并在曲线上任取若干个点做曲线的切线，这些切线的斜率就是与其浓度对应的，将此值带入(1)式便可求出在此浓度时的溶质吸附量。 d 0 dc sddc s测定液体表面张力的方法有多种，本实验采用最大压差法。 本实验装置如图1 所示。 图1 最大压差法测定液体表面张力装置图 测定时，将分液漏斗的活塞打开，使瓶内压力增加，气泡即可通过毛细管。从浸入液面下的毛细管鼓出空气泡时，需要高出外部大气压的附加压力，以克服气泡表面张力。此时附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，关系式如下： 2 (2) N/m P R P R ssD=D-61485 . 式中： 广口瓶内滴水形成的附加压力气泡的曲率半
4、径表面张力（ ） 当气泡形成时，表面几乎是平的。此时曲率半径最大，随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径与毛细管半径r 相等。曲率半径达最小值，这时附加压力最大。气泡进一步长大，R 变大，附加压力变小，直到气泡溢出。 分别测出一种已知表面张力的液体（如水）和另一未知表面张力液体（如正丁醇水溶液）的附加压力最大值，这时因为R=r，所以 1 1 1 1 2 2 2 2 (3) 2 (4) p r p p r p sssD=D-D=D-式中： 已知表面张力液体的最大附加压力已知液体的表面张力式中： 未知表面张力液体的最大附加压力2 s-未s s D = D 因此，同一温度下，
5、只要测得，再由温度查出已知表面张力液体（水）的表面张力，即可由(5)式求出未知液体的表面张力。 三、仪器与药品 1. 仪器 最大压差法测表面张力装置一套（精密数字压力计、毛细管、分液漏斗），洗瓶，吸耳球。 2. 药品 正丁醇溶液，蒸馏水。 四、实验步骤 1. 用洗液洗表面张力测定仪的外套管和毛细管。 清洗方法：在外套管中放入少量洗液，倾斜转动外套管，使洗液与外套管接触。 将毛细管插入，保持外套管倾斜不动，转动毛细管，使洗液与毛细管接触。用吸耳球吸洗液至毛细管内，洗毛细管内壁。 用完的洗液倒回原来瓶中，然后用自来水充分冲洗外套管和毛细管。 用蒸馏水冲洗外套管和毛细管各三次。 2. 在外套管中放入
6、蒸馏水，将毛细管插入外套管，塞紧塞子，使毛细管尖端刚碰到液面。按图1 连好仪器，分液漏斗中装满自来水。 3. 打开分液漏斗的活塞，使分液漏斗中的水慢慢滴入广口瓶中，这时瓶内压力逐渐增加，气泡将通过毛细管端。 分别读出精密数字压力计示数的三个最大值P1、P2、P3，再求出平均值。 4. 测完蒸馏水的最大压差后，倒掉蒸馏水，用0.02mol/L 的正丁醇洗一次外套管和毛细管，然后在加入该溶液，像测蒸馏水的最大压差一样，测定该溶液的最大压差。再用同样方法，依次测得0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35mol/L 的正丁醇溶液的最大压差。 5. 记录实验温度：17。 五、
7、数据处理 1. 查得17时，蒸馏水的表面张力为： =73.19mN/m=7.31910-2N/m 2. 由公式(5)计算出不同浓度正丁醇溶液的表面张力。记录如表1： 表1 不同浓度的正丁醇溶液表面张力测量数据记录 c 正丁醇 (mol/L) 最大压差 H2O 0.02 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 P1 0.640 0.623 0.582 0.542 0.521 0.517 0.509 0.488 0.461 P2 0.646 0.621 0.585 0.548 0.523 0.512 0.507 0.482 0.459 P3 0.643 0.629 0.589 0.546 0.527 0.508 0.503 0.485 0.452 P 0.643 0.624 0.585 0.545 0.523 0.512 0.506 0.485 0.457 (N/m) 0.0732 0.0712 0.0666 0.0621 0.0596 0.0583 0.0576 0.0569 0.0565
