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1、實驗十四 表面張力的測定 （最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力）,實驗目的及要求,1.掌握最大氣泡壓力法測定表面張力的原理和技術。 2. 通過對不同濃度乙醇溶液表面張力的測定, 加深對表面張力、表面自由能和表面吸附量關系的理解。 3.測定不同濃度乙醇溶液的表面張力， 計算吸附量。,實驗原理,在液體的內部任何分子周圍的吸引力是平衡的?？墒窃谝后w表面層的分子卻不相同。因為表面層的分子，一方面受到液體內層的鄰近分子的吸引，另一方面受到液面外部氣體分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。因此在液體表面層中，每個分子都受到垂直于液面并指向液體內部的不平衡力（如圖l所示）。,圖1 分子間作用力示意圖,這種吸引

2、力使表面上的分子向內擠,促成液體的最小面積。要使液體的表面積增大就必須要反抗分子的內向力而作功增加分子的位能。所以說分子在表面層比在液體內部有較大的位能，這位能就是表面自由能。通常把增大一平方米表面所需的最大功A，或增大一平方米所引起的表面自由能的變化值G，稱為單位表面的表面能其單位為J.m-2；而把液體限制其表面及力圖使它收縮的單位直線長度上所作用的力，稱為表面張力，其單位是N.m-1。,液體單位表面的表面能和它的表面張力在數(shù)值上是相等的。欲使液體表面積增加S時，所消耗的可逆功A為：,液體的表面張力與溫度有關，溫度愈高，表面張力愈小。到達臨界溫度時，液體與氣體不分，表面張力趨近于零。液體的表

3、面張力也與液體的純度有關。在純凈的液體(溶劑)中如果摻進雜質(溶質)，表面張力就要發(fā)生變化，其變化的大小決定于溶質的本性和加入量的多少。,(1),當加入溶質后，溶劑的表面張力要發(fā)生變化。根據(jù)能量最低原理，若溶質能降低溶劑的表面張力，則表面層溶質的濃度應比溶液內部的濃度大；如果所加溶質能使溶劑的表面張力增加，那么，表面層溶質的濃度應比內部低。這種現(xiàn)象稱為溶液的表面吸附。用吉布斯公式(Gibbs)表示：,式中：為表面吸附量(mol.m-2)，為表面張力（J.m-2）。,(2),0，溶質能降低溶劑的表面張力，溶液表面層的濃度大于內部的濃度，稱為正吸附作用。,(1),(2),0，<0，溶質能增加溶劑的

4、表面張力，溶液表面層的濃度小于內部的濃度，稱為負吸附作用。,根據(jù)式（2），通過測定溶液的濃度隨表面張力的變化關系可以求得不同濃度下溶液的表面吸附量。,如圖2 是最大氣泡法測定表面張力的裝置。待測液體置于支管試管中，使毛細管端面與液面相切，液面隨時毛細管上升。打開滴液漏斗緩慢抽氣。此時，由于毛細管液面所受壓力大于支管試管液,圖2 最大氣泡法表面張力測定裝置 1-滴液漏斗，2-支管試管，3-毛細管，4-恒溫槽，5-壓差計,面所受壓力，毛細管液面不斷下降，將從毛細管緩慢析出氣泡。如圖3 所示。在氣泡形成的過程中，由于表面張力的作用，凹液面產生一個指向液面外的附加壓力P，因此有以下關系：,附加壓力與表

5、面張力成正比，與氣泡的曲率半徑R成反比。,(4),圖3 氣泡形成過程,P大氣 = P系統(tǒng) + P （3）,若毛細管管徑較小，則形成的氣泡可視為球形。氣泡剛形成時，由于表面幾乎是平的，所以曲率半徑R極大；當氣泡形成半球形時，曲率半徑R等于毛細管半徑r，此時R值最小。隨著氣泡的進一步增大，R又趨增大，直至逸出液面。R=r時，附加壓力最大：,（5）,氣泡由毛細管口溢出的總作用力為 等于氣泡在管口受到的表面張力 如將表面張力為1 ， 2的兩種 液體采用同一種毛細管測量，則有：,由已知表面張力的水為標準，可求出其他液體的表面張力,（7）,(6),實驗中測出不同濃度乙醇水溶液的表面張力，以表面張力對濃度作

6、圖得到一條曲線，從曲線中可以求出不同濃度時的,代入Gibbs吸附公式可計算出吸附量,吸附量與濃度之間的關系可以用Langmuir等溫吸附方程式表示：,（8）,式中，為飽和吸附量,k為經驗常數(shù)。將上式整理得：,（9）,以c/對c 作圖可得到一條直線，其斜率的倒數(shù)為。,儀器與試劑,最大氣泡表面張力測定儀； 數(shù)字微壓差計； 蒸餾水； 乙醇（AR）；,實驗步驟和數(shù)據(jù)處理,1. 連接好測定裝置，用已知表面張力的水，測定出最大壓差，查出相應溫度時的水的表面張力值，計算出儀器常數(shù)K的值。 2. 分別測定濃度為0.02/0.05/0.10/0.15/0.20mol/l的乙醇水溶液的最大壓差，根據(jù)儀器常數(shù)計算出表面張力值。 3. 做乙醇表面張力與濃度的關系曲線 由關系曲線分別求出濃度為 0.05/0.10/0.15/0.20/0.25mol/l時的,4.利用Gibbs吸附公式計算出各濃度下的吸附量,做C/與C的圖得一條直線，斜率為1/,