文档介绍：最大气泡法测定溶液表面张力
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一 实验目的
(1) 测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算吸附量。
(2) 掌握最大气泡法测定溶液表面张力的原理和技术。
(3) 了解气液界面的吸附作用，计算表面层被最大气泡法测定溶液表面张力
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一 实验目的
(1) 测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算吸附量。
(2) 掌握最大气泡法测定溶液表面张力的原理和技术。
(3) 了解气液界面的吸附作用，计算表面层被吸附分子
的截面积
物 理 化 学 实 验
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二．实验原理
从热力学观点来看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总自由能减小的过程，欲使液体产生新的表面ΔA，就需对其做功，其大小应与ΔA成正比:
(1)
＝ γ dA
δ
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如果ΔA为1m2，则W′= γ是在恒温恒压下形成1m2
新表面所需的可逆功，所以γ称为比表面吉布斯自由能，
其单位为J·m-2。也可将γ看作为作用在界面上每单位长
度边缘上的力，称为表面张力，其单位是N·m-1。在定温
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。
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水溶液表面张力与其组成的关系大致有三种情况：
①随溶质浓度增加表面张力略有升高；
②随溶质浓度增加表面张力降低，并在开始时降得快些；
③溶质浓度低时表面张力就急剧下降，于某一浓度后表
面张力几乎不再改变。
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以上三种情况溶质在表面上的浓度与体相中的都不
相同，这种现象称为溶液表面吸附。根据能量最低原理，
溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度比
溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，它
在表面层中的浓度比在内部的浓度低。
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在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张 力及溶液的浓度之间的关系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程.
γ为表面张力;C 为吸附达到平衡时溶质在介质中的浓度
Γ＝－
吸附量(Γ) ─ 单位面积的溶液表面上所含溶质的量超过同量溶剂
在溶液本体中所含溶质的量，量纲为： mol·m－2
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讨论：
① 当
＜0时，Γ＞0，即 c表＞c体，正吸附
② 当
＞0时，Γ＜0，即 c表＜c体，负吸附
③ 当
不变时，T↑→Γ↓，溶液表面吸附是一放热过程
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引起溶剂表面张力显著降低的物质叫表面活性物质，
被吸附的表面活性物质分子在界面层中的排列，决定于
它在液层中的浓度
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根据朗格谬尔(Langmuir)公式:
以C/Г对C作图，得一直线，该直线的斜率为1/Г∞。
由所求得的Г∞代入
上式可以写为如下形式
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测定溶液的表面张力有多种方法，较为常用的有
最大气泡法和扭力天平法。本实验使用最大气泡法测
定溶液的表面张力，其测量方法基本原理图如下
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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，打开漏斗的活塞缓缓抽气， 毛细管内液面上受到一个比A瓶中液面上大的压力，当此压力差 (Δp=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口液体 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:
(2) 式中， ps为附加压力； γ为表面张力；
R为气泡的曲率半径。
ps＝
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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，这时曲率半径R和毛细管半径 r相等，曲率半径达最小值，根据（2）式这时附加压力达最大值。 根据（2）式，R=r时的最大附加压力为:
(10)
(3)
Ps(max)＝