（2）关于相关曲线的讨论 1）由σ~c 图可知，正丁醇溶液的表面张力σ随着其浓度的增加而逐渐降低，为正吸附，故 正丁醇是一种表面活性物质。当正丁醇的浓度增大到一定值时，溶液的表面张力σ的随浓度 的变化较小，此时有可能已经形成了单分子层的饱和吸附层； 2）由Г-c 图可知，当浓度较小时，随着浓度的升高，吸附量逐渐增加。
图2
5
6、连接橡皮管。
如毛细管的半径为 r，气泡由毛细管口逸出时受到向下的总作用力为r2P 最大，而
P 最大＝P 系统－P 大气压
hg
式中，h－数字式微压差测量仪上的读数 g－重力加速度
－压力计内液体的密度
气泡在毛细管上受到表面张力引起的作用力为 2r。气泡自毛细管口逸出时，上述两种力
看作相等，即：
r 2 P最大 r 2hg
（5）
r hg
2
（6）
若用同一只毛细管和压力计，在同一温度下，对两种溶液而言，则得：
1 h1 2 h2
1

2 h2
h1

K' h1
(7)
式中 K' 为毛细管常数。 用已知表面张力2 的液体为标准，从（7）式可求出其他液体的表面张力1。
线的斜率 B ( ( c )T )代入 Gibbs 吸附公式，可以求出不同浓度时气
－液界面上的吸附量。
在一定温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由 Langmuir 等
温方程式表示：
K C
1 K C
(2)
图 1 正丁醇水溶液的表面
张力与浓度的关系图
为饱和吸附量，K 为经验常数，与溶质的表面活性大小有关。
将（3）式化成直线方程，则
CC 1

(3)
K
C 若以 ～C 作图可得一直线，由直线斜率即可求出 。
假设在饱和吸附情况下，正丁醇分子在气－液界面上铺满一单分子层，则可应用下式求 得正丁醇分子的横截面积 S0。
1
S0 N~
(4)
式中， N~ －阿佛加德罗常数。
最大气泡压力法测量表面张力的装置示意图如 2。当表面张力仪中的毛细管截面与欲测 液面相齐时，液面沿毛细管上升。打开滴液漏斗的活塞，使水缓慢下滴而使体系内的压力增
（3）实验改进 在实验中将带毛细管的木塞插入试管，若木塞没有塞正，可导致毛细管与液面不垂直；
若加入试管中溶液的量控制得不准，可导致毛细管插入液面深浅不一，需要多次调节液面高 度，操作起来烦琐，往往要反复几次才能完成。我们可以对实验装置进行如下改进，简化实 验操作。 1）样品管的改动：我们将样品管设计成套管，套管上端为磨口，与带毛细管的磨口塞配套。 用磨口塞固定毛细管的位置，这可以使毛细管保持与液面垂直，避免了用木塞固定毛细管的 随意性。外管两侧上下支管与恒温槽相连，构成整个实验体系的恒温循环装置。内管装样品， 内管侧面支管与压力计连接。套管下端管口接活塞，通过旋转活塞可非常方便、灵活地调节 液面高度使之与毛细管相切，操作起来非常简便。 2）增加 1 个三通双支真空活塞：在压力计和滴液漏斗之间增加 1 个三通双支真空活塞，在 调节毛细管端面与液面相切时，先将三通双支真空活塞转向一支通大气以防止体系产生负压， 再转向另一支与体系相通进行测量。这样减少了传统装置操作时，在每次测量之前需反复提


当 ( c )T 0 时， >0，称为正吸附。反之， ( c )T 0 时， <0，称为负吸附。前者表
明加入溶质使液体表面张力下降，此类物质叫表面活性物质，后者表明加入溶质使液体表面
张力升高，此类物质叫非表面活性物质。
正丁醇是一种表面活性物质，其水溶液的表面张力和浓度关系见
图 1 中的－c 曲线，在－c 曲线上作不同浓度 c 时的切线，把切
3.2 误差分析 本次试验测得的正丁醇分子的横截面积比理论值要大，但处于同一个数量级； c 、Г-c、
c/Г-c 图中某些点与总体趋势不同，与理论曲线大体吻合。作为一种低成本的方法，最大 气泡法有吸附难以达到平衡的缺点，精度不高是可以理解的。下面我对实验的误差因素进行 全面的分析。
① 最大压差△P 值的测量误差 1）在每次改变测量溶液浓度之后，应该用待测溶液反复清洗毛细管和恒温套管，在实际操 作中残留是不可避免的，这样使测量溶液的表面张力与实际溶液的浓度不一致，导致实验误 差；
实验十二 溶液中的吸附作用和表面张力的测定
黄晓 PB09206242 中国科学技术大学 14 系，合肥 230026 *联系人：黄晓 hxzjy@
摘要：本实验采用最大气泡压力法测定了液体表面张力，通过对不同浓度下正丙醇溶液的表 面张力研究其和浓度之间的关系。初步探讨了表面张力的性质、表面能的意义以及表 面张力和吸附作用的关系。
Keyword：Surface tension, The biggest bubble pressure method, Absorption effect
1. 前言
物体表面的分子和内部的分子所处的境况不同，因此能量也不同，表面张力就是内部分 子对表面分子的作用力，它是液体的重要属性之一，与所处的温度、压力、液体的组成共存 的另一面的组成等因素都有关。对于溶液，由于溶质会影响表面张力，因此可以调节溶质在 表面层的浓度来降低表面自由能。
关键词：吸附作用、表面张力、最大气泡法
Experiment 12:The measurement of the adsorption
effect and surface tension
Huang Xiao PB09206242 (MSE USTC Hefei Anhui P.R.China， 230026 ) Email：hxzjy@
②数据处理 1) 我们在数据处理的过程中使用了浓度而不是活度。只有在稀溶液情况下，浓度才近似等 于活度，而实验溶液的 图上明显可以看出，在浓度变大后曲线有明显的下降，与理论曲线存在较大的 出入； 2）σ~c 曲线拟合形式的不同会最终造成Γ~c 图及 c/Г~c 图与理论情况的偏差。
2）用 2mL 移液管分别移取 0.40ml、0.80ml、1.20ml、1.60ml、2.00ml、2.40ml、2.80ml 正丁 醇到 100ml 容量瓶中，然后稀释到刻度。重复上述实验步骤，按照由稀至浓的顺序依次进 行测量。
2.4 注意事项
1）测定用的毛细管一定要先洗干净，否则气泡可能不能连续稳定地通过，而使压力计的读 数不稳定； 2）毛细管一定要垂直，管口要和液面刚好接触（相切），否则测得的数据将不只是液体表面 的张力，还有插入部分液体的压力； 3）表面张力和温度有关，因此要等溶液恒温后再测量。 4）控制好出泡速度，读取压力计的压力差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。
加，这时毛细管内的液面上受到一个比恒温试管中液面上稍大的压力，因此毛细管内的液面 缓缓下降。当此压力差在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口溶液的表面张力时，气 泡就从毛细管口逸出。这个最大的压力差可由数字式微压差测量仪
1、恒温套管。 2、毛细管（r 在 0.15～0.2mm） 3、数字式微压差测量仪 4、分液漏斗。
Abstract： In this experiment, according to Gibbs formula and Langmuir equal-temperature equation, we apply the biggest bladder pressure method to research the relationship between the amount of absorption and the consistency of a substance in the solution besides the surface tension. The phenomenon show that the consistency of a substance in the surface of the solution is different from that inside is called absorption.
3.3 讨论与思考
（1）实验中的一个细节 实验时六个同学分为两组，三个人先洗毛细管，三个人先配制溶液。我先洗毛细管，洗完之 后放在干净的白纸上一段时间，配制完溶液之后再放在仪器里做相应实验。配制溶液的这段 时间内毛细管由于暴露在空气中，其端口附近可能被空气中的灰尘污染，之后做实验时发现 端口很容易堵住，从而导致数据不准。
根据能量最低原理，溶质能降低溶液的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比溶液内部 大，反之，溶质使溶液的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低，这种表 面浓度与溶液里面浓度不同的现象叫“吸附”。在指定温度和压力下，吸附与溶液的表面张 力及溶液的浓度有关。
溶液的表面张力是溶液的一个重要物理参数。要计算溶液的表面自由能、最大吸附量等 都必须精确测定其溶液的表面张力。测定它的方法较多，如毛细管上升法、滴重法、吊环法 和最大气泡法，但最简单、实用、普遍的方法是最大气泡法。本实验正是采用该法测定液体 不同浓度条件下的表面张力，探究表面张力、表面能与吸附作用的关系，并验证了表面化学 的相关基础理论。
毛细管，用铬酸洗液反复清洗若干次，再用自来水、蒸馏水反复清洗若干次，同样把玻璃套 管也清洗干净，加上蒸馏水，插上毛细管，用套管下端的开关调节液面恰好与毛细管端面相 切，使样品在其中恒温 10 分钟。在分液漏斗中加入适量的自来水，注意切勿使体系漏气。 然后调节分液漏斗下的活塞使水慢慢滴下，这时体系压力逐渐减小，直至气泡由毛细管口冒 出，细心调节出泡速度，使之在 5－10 秒钟内出一个。注意气泡爆破前数字式微压差测量仪 的读数，并用电脑采集数据得到最大的压差值，取连续 3 个数据取平均值；
2.2 实验仪器与试剂
CS501 型超级恒温水浴 1 台
重庆试验设备厂
DMP-2B 型数字式微压差测量仪
南京大学应用物理研究所