实验107 表面张力的测定
实验目的
掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术；通过对不同浓度乙醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力与表面吸附量的关系的理解。
实验原理
将毛细管插入液体中，若液体润湿毛细管，则液体沿毛细管上升。如毛细管处于如图6－30所示的体系中，打开滴液漏斗，系统的压力降低，毛细管内液面受到的压力大于系统的压力，系统存在压差。当压差达到形成气泡产生弯曲液面所需要的附加压力时，浸入液面下的毛细管末端有气泡形成。此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，如毛细管末端与液面相切，则有如下关系式：
图6－30 最大气泡法测定表面张力的装置
1—烧杯；2—滴液漏斗；3—压力计；4—恒温装置；5—支管试管；6—毛细管
式中：Δp为弯曲液面的附加压力；σ为液体的表面张力；R为气泡的曲率半径。当R与毛细管半径r相同时，Δp最大，即
Δp最大可以通过压力计测定，r可以用已知表面张力的标准物质来求得，本实验通过测定已知表面张力的纯水的Δp最大来确定r，并测得不同浓度乙醇溶液的表面张力。
图6－31 吸附曲线图
由于表面张力的存在，溶液中溶质在溶液表面层与内部的浓度不同。如溶质能降低表面张力，则溶质在表面层的浓度大于内部浓度，反之亦然。这种表面层浓度与内部浓度不同的现象称为表面吸附。在一定温度和压力下，溶质的表面吸附量与溶液的表面张力的变化和溶液浓度有关，它们之间的关系可用吉布斯（Gibbs）吸附等温式来描述（见图6－31），在稀溶液中有
实验用品
仪器 数字式微压差计（或U形压力计）；滴液漏斗；容量瓶等。
试剂 无水乙醇（分析纯）等。
实验步骤
1.待测样品的配制
用50mL容量瓶精确配制体积分数为5％、10％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％的乙醇溶液，待测。
2.毛细管半径r的测定
将洗净的支管试管和毛细管按图6－30所示连好，在滴液漏斗中装满水；加适量蒸馏水于试管中，调节毛细管使其端面与液面相切；打开滴液漏斗，使气泡从毛细管口逸出，调节气泡逸出的速度不超过每分钟20个，读出压力计上的最大压力差Δp。重复3次，取平均值。
读取蒸馏水的温度T，从物理化学手册中查出T时蒸馏水的σ。
3.待测样品表面张力的测定
用待测液洗净支管试管和毛细管后，加适量样品于支管试管中；按仪器常数的测定操作步骤，分别测定各待测样品的Δp。
实验结果与数据处理
（1）将实验数据处理结果列于表6－14中。
表6－14 最大气泡法测定表面张力的实验数据
（3）由式（1）计算各种不同浓度的Γ值，以Γ为纵坐标，c为横坐标，作Γ－c图。
思考题
（1）表面张力为什么必须在恒温条件下进行测定？温度变化对表面张力有何影响？为什么？
（2）毛细管尖端为何要刚好接触液面？用最大张力法测定表面张力时，为什么要取标准物质？
（3）本实验中，哪些因素将影响测定结果的准确性？
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