实验十一最大气泡法测定溶液的表面张力工作报告文档格式.docx
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从热力学方法可知它们之间的关系遵守Gibbs吸附方程：
（11.2）
式中：
Γ—表面吸附量（mol·
m-2）
σ—溶液表面张力（N·
m-1）
T—热力学温度（K）
c—溶液浓度（mol·
m-3）
R—气体常数（8.3145J.K-1.mol-1）。
以表面张力σ对溶液浓度c作图，可得到σ—c曲线，在σ—c曲线上任选一点I作切线，即可得该点所对应浓度ci的斜率（dσ/dci）T,可求得不同浓度下的Γ值和得出Γ—c的关系图。
在一定的温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir等温式表示：
（11.3）
Γ∞—表面饱和吸附量（mol·
K—经验常数（与溶质的表面活性大小有关）
将（11.3）式转化成直线方程为：
（11.4）
若以c/Γ~c作图可得一直线，由直线斜率可求出Γ∞。
假若在饱和吸附的情况下，在气液界面上铺满一单分子层，则可应用下式求得被测物质的分子横截面积S0：
（11.5）
式中为阿佛加德罗常数（6.022×
1023mol-1）。
11.2.3最大泡压法
将被测液体装于测定管中，使玻璃管下端毛细管端面与液面相切，液面沿毛细管上升。
打开分液漏斗的活塞，使水缓慢下滴而减少系统压力。
这样毛细管内液面受到一比试管中液面上大的压力，当此压力差在毛细管端面上产生的作用力大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口逸出，这一最大压力差可由数字式微压差测量仪读出。
其关系式为：
pmax=p大气-p系统=p（11.6）
如果毛细管半径为r，气泡由毛细管口逸出时受到向下的总压力为πr2pmax。
气泡在毛细管受到的表面张力引起的作用力为2πrσ。
刚发生气泡自毛细管逸出时，上述两力相等，即：
πr2pmax=πr2p=2πrσ（11.7）
σ=rp/2（11.8）
若用同一根毛细管，对两种具有表面张力为σ1和σ2的液体而言，则有下列关系：
σ1=σ2p1/p2=Kp1（11.9）
式中K为仪器常数。
11.3实验仪器和试剂
恒温装置1套
带有支管的试管（附木塞）1支
毛细管（半径为0.15~0.02mm）1根
容量瓶（50mL）8只
数字式微压差测量仪1台
烧杯（200mL）1只
洗耳球1个
移液管1支
滴管1支
正丁醇（分析纯）
10.4实验步骤
11.4.1将仪器洗涤干净并按图Ⅱ-11-1装置。
对需干燥的仪器作干燥处理。
11.4.2调节恒温为30℃。
11.4.3正丁醇溶液配制：
分别准确配制0.02、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35mol.dm-3正丁醇溶液各100mL。
（注：
纯正丁醇的加入量分别为：
0.1482、0.3706、0.7412、1.1118、1.4812、1.8530、2.2236、2.5942g，加水至近100mL，在30℃恒温15min，用30℃恒温的蒸馏水加至100.00mL刻度）。
11.4.4仪器常数测定：
先以蒸馏水作为待测液测定其仪器常数。
方法是在测定管中注入蒸馏水，将干燥的毛细管垂直地插到使毛细管的端点刚好与水面相切，置于恒温水浴内恒温10min。
注意使毛细管保持垂直并注意液面位置，然后按图Ⅱ-11-1接好系统。
打开滴液漏斗，控制滴液速度，使毛细管逸出的气泡速度约为5s~10s1个。
在毛细管口气泡逸出的瞬间最大压差约在700Pa~800Pa左右（否则需调换毛细管）。
通过手册查出实验温度时水的表面张力，利用公式（11.9），求出仪器常数K。
11.4.5待测样品表面张力的测定，用待测溶液洗净试管和毛细管，加入适量样品于试管中，按照仪器常数测定的方法，测定已知浓度的待测样品的压力差p，代入公式（11.9）计算其表面张力。
11.5实验注意事项
11.5.1测定用的毛细管一定要洗干净，否则气泡可能不能连续稳定地流过，而使压差计读数不稳定，如发生此种现象，毛细管应重洗。
11.5.2毛细管一定要保持垂直，管口刚好与液面相切。
11.5.3气泡形成速度应稳定；
在数字式微压差测量仪上，应读出气泡单个逸出时的最大压力差。
11.6数据记录及处理
（一）实验数据
11.6.1正丁醇溶液的配制
表1.正丁醇溶液的配制
室温25.00℃；
实验温度30.00℃；
大气压96.18kPa
100ml容量瓶
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
V正丁醇/ml
0.2000
0.5000
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
c正丁醇=ρ正丁醇V正丁醇/M正丁醇/（100×
10-3）/mol·
dm-3，M正丁醇=74.12g·
mol-1,ρ正丁醇=0.8098g∙dm-3
c正丁醇/mol·
dm-3
0.02185
0.05463
0.1093
0.1639
0.2185
0.2731
0.3278
0.3824
11.6.2仪器常数的测定
表2.仪器常数的测定
待测物质
pH2O/Pa
σ
/N·
m-1
仪器常数K
m-1·
Pa-1
1
2
3
平均值
H2O
693
692
692
7.118×
10-2
9.4529×
10-5
计算公式：
K=σH2O/pH2O（N·
Pa-1）
11.6.3正丁醇溶液表面张力的测定
表3.正丁醇溶液表面张力的测定
正丁醇浓度
/mol·
m-3
Δp/Pa
21.85
684
682
683
0.06456
54.63
649
650
0.06135
109.3
572
574
573
0.05416
163.9
521
522
0.04925
218.5
481
480
482
0.04547
273.1
446
0.04216
327.8
419
420
0.03970
382.4
403
402
0.03800
11.6.4作σ~c图，求出曲线上不同浓度c点处的（әσ/әc）T,p，并计算相应浓度的Γ。
图1.σ~c关系曲线图
曲线拟合方程：
σ=0.06769-1.36212×
10-4c+1.54201×
10-7c2（N∙m-1）
（әσ/әc）T,p=-1.36212×
10-4+2×
1.54201×
10-7c（N∙m2∙mol-1）
Γ=-c/8.3145/303.15×
dσ/dc（mol·
m-2）
表3.正丁醇溶液表面张力的计算
-（әσ/әc）T,p
m2·
mol-1
Γ
/mol·
m-2
c/Γ
/m-1
50.00
0.06126
12.1×
2.40×
10-6
2.09×
107
100.0
0.05561
10.5×
4.18×
2.39×
150.0
0.05073
9.00×
5.35×
2.80×
200.0
0.04662
7.45×
5.91×
3.38×
250.0
0.04327
5.86×
4.26×
300.0
0.04070
4..37×
5.20×
5.77×
图2.c/Γ~c关系直线图
直线斜率k=1/Γ∞=1.729×
105m2·
mol-1，Γ∞=5.784×
10-6m-2·
11.6.5求乙醇分子的横截面积S0。
S0=1/LΓ∞=1.729×
105/（6.022×
1023）=0.287×
10-18m2=0.287nm2
（二）实验数据
11.5.1乙醇溶液的配制
表1.乙醇溶液的配制
容量瓶编号
m乙醇/g
4.2887
8.9148
11.184
18.026
24.396
30.185
34.965
44.389
c乙醇=m乙醇/M乙醇/（100×
dm-3，M乙醇=46.08g.·
c乙醇/mol·
0.9309
1.9351
2.4276
3.9127
5.2954
6.5520
7.5895
9.6351
11.5.2仪器常数的测定
1038
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