学号：************
基础物理化学实验报告
实验名称：溶液表面张力的测定
应用化学二班班级 03 组号
实验人姓名： xx
同组人姓名：xxxx
指导老师：杨余芳老师
实验日期： 2013-11-12
湘南学院化学与生命科学系
一、实验目的
1、测定不同浓度正丁醇（乙醇）水溶液的表面张力；
2、了解表面张力的性质，表面自由能的意义及表面张力和吸附的关系；
3、由表面张力—浓度曲线（σ—c 曲线）求界面上吸附量和正丁醇分子的横截面积S ；
4、掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。
二、实验原理
测定液体表面张力的方法很多，如毛细管升高法、滴重法、环法、滴外形法等等。
本实验采用最大泡压法，实验装置如图一所示。
图一中A 为充满水的抽气瓶；B 为直径为0.2～0.3mm 的毛细管；C 为样品管；D 为U 型压力计，内装水以测压差；E 为放空管；F 为恒温槽。
图一 最大泡压法测液体表面张力仪器装置图
将毛细管竖直放置，使滴口瓶面与液面相切，液体即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活栓，让水缓缓滴下，使样品管中液面上的压力渐小于毛细管内液体上的压力（即室压），毛细管内外液面形成一压差，此时毛细管内气体将液体压出，在管口形成气泡并逐渐胀大，当压力差在毛细管口所产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡破裂，压差的最大值可由U 型压力计上读出。
若毛细管的半径为r ，气泡从毛细管出来时受到向下的压力为：
式中，△h 为U 型压力计所示最大液柱高度差，g 为重力加速度，ρ为压力计所贮液体的密度。
气泡在毛细管口所受到的由表面张力引起的作用力为2πr•γ，气泡刚脱离管口时，上述二力相等：
g h p p p ρ∆=-=系统大气m ax r g h r p rr πρππ22m ax 2=∆=γ
πρππr g h r p r 22m ax 2=∆=
若将表面张力分别为和的两种液体用同一支毛细管和压力计用上法测出各自的和，则有如下关系：
即：
对同一支毛细管来说，K 值为一常数，其值可借一表面张力已知的液体标定。
本实验用纯水作为基准物质，20.0℃时纯水的表面张力为7.275×10－2N/m(或J/m 2)。
三、实验仪器及试剂
表面张力测定装置（包括恒温槽）1套；容量瓶100ml1个，50ml5个；1ml 刻度移液管1支；吸耳球1个；正丁醇（二级）；去离子水。
四、简述实验步骤和条件
1、分别配制浓度为0.050、0.100、0.200、0.300、0.400、0.500、0.600、0.700mol/L 的正丁醇溶液100mL 。
2、将仪器仔细洗涤干净，调节恒温槽温度为25℃。
3、样品管中装入蒸馏水，使液面与毛细管端面向切，注意保持毛细管与液面垂直。
4、打开抽气瓶活塞，让水缓慢流下，使毛细管中气泡逸出速度为5—10秒/个。
5、纪录压力计最大值，重复二次，求出P 最大1平均值。
6、同法测定各浓度下正丁醇水溶液的P 最大2值。
五、实验数据及现象的原始记录
g
h r
ργ∆=
2
2
1
21h h ∆∆=γγ1
2
2
1h K h ∆=∆=
γγ
温度： 25℃水的表面张力：0.07197N/m 仪器常数K：0.1190
溶液浓度
/mol·L-1
压力差Δp/kPa σ
/N·m-1 (
dσ/dc)T
Г/mol·m-2
1 2 3 平均值
0 0.606 0.605 0.603 0.605 0.07200 -0.04060 0
0.050 0.542 0.543 0.545 0.543 0.06462 -0.03934 7.94e-7 0.100 0.540 0.542 0.543 0.542 0.06450 -0.03808 1.54e-6 0.200 0.530 0.531 0.530 0.530 0.06307 -0.03556 2.87e-6 0.300 0.500 0.499 0.500 0.500 0.05950 -0.03304 4.00e-6 0.400 0.458 0.458 0.458 0.458 0.05450 -0.03052 4.92e-6 0.500 0.446 0.446 0.447 0.446 0.05307 -0.02800 5.65e-6 0.600 0.409 0.411 0.411 0.410 0.04879 -0.02548 6.17e-6 0.700 0.399 0.400 0.400 0.400 0.04760 -0.02296 6.48e-6
(1)查出实验温度下水的表面张力，计算仪器常数K。
(2)计算系列正丁醇溶液的表面张力，根据上述计算结果，绘制σ—c等温线。
Γ=-(c/RT)*( dσ/dc)
(3) 求导得到dσ/dc代入吉布斯方程可计算溶液表面吸附量Γ；
y=ax2+bx+c
a=0.0126 b=-0.0406 c=0.0695
dσ/dc= dy/dx=ax+b=0.0252x-0.0406
Γ=-(c/RT)*( dσ/dc)
(4)再利用计算机作Γ～ｃ图，c/Γ～ｃ图，并运用c/Γ～ｃ图拟合直线方程，由直线斜率可得饱和吸附量Γ
= 1/A.计算出横截面积 A:
∞
ｃ
/mol/0 0.05 0.10 0.20 0.3 0.40 0.50 0.60 0.70
L-1
c/Γ61054
.7 63010
.1
65095
.0
69708
.1
75024
.8
81219
.5
88529
.3
97284
.9
107962
.5
Γ
∞
= 1/64649.4mol*m-2=1.55e-5 mol*m-2
A m =1/(N
A
*Γ
∞
)=1.07e-19m2
六、结果与讨论
1、毛细管尖端为何必须调节地恰好与液面相切？
答：如果毛细管尖端插入液下，会造成压力不只是液体表面的张力，还有插入部分液体的压力。
2、本实验结果准确与否关键决定哪些因素？
答：本实验结果准确的关键在于仪器必须洗涤清洁，毛细管应保垂直，其端部应保持平整，溶液恒温后，体积略有改变，应注意毛细管平面与液面接触处要相切。
控制好出泡速度、平稳地重复出现压力差。