氣泡法測表面張力實驗裝置

『壹』 最大氣泡法測表面張力

1.毛細管的尖端要平整？選擇毛細管直徑大小時應該注意什麼？
答：實驗中默認鼓出的氣泡為半球形，其曲率半徑R和毛細管的半徑r相等時達到最小值，而附加壓力達到最大值，以此測出液體的表面長力。如果毛細管尖端不平整，就不能得到半球形氣泡。選擇毛細管時，其直徑不宜太大，因為毛細管半徑較小的時候才能保證其形成的氣泡基本上是球星的。

2.如果氣泡出的很快對結果有何影響？
答：氣泡出的很快會使氣泡不能一個一個鼓出而幾個氣泡聚集在一起，使得數據變大。
3.用最大氣泡法測表面張力時，為什麼要取一標准物質？本實驗中若不用水作標准物質行不行？最大氣泡法的使用范圍怎麼樣？
答：用最大起泡法測定表面張力時，毛細管的直徑很小，故要通過獲得其半徑來計算液體的表面張力難度較大，但儀器的半徑是不會改變的，故認為它是一個常數，因而需要取一標准物質，通過其已知的表面張力來推算出這個常數。本實驗中可以不用水作為標准物質。最大氣泡法因為與接觸角無關，裝置簡單，測定快速，故使用的范圍很廣，經過適當的設計可以用於熔融金屬和熔鹽的表面張力測量。

『貳』 最大泡壓法測表面張力 儀器常數K

溶液的吸附作用和液體表面張力的測定

一．實驗目的

1．用最大泡壓法測定不同濃度的表面活性物質（正丁醇）溶液在一定溫度下的表面張力；

2．應用Gibbs和Langmuir吸附方程式進行精確作圖和圖解微分，計算不同濃度正丁醇溶液的表面吸附量和正丁醇分子截面積，以加深對溶液吸附理論的理解；

3．掌握作圖法的要點，提高作圖水平。

二．實驗原理

當液體中加入某種溶質時，其表面張力要發生變化。例如在水中溶入醇、醛、酮等有機化合物，水的表面張力要減小；若加入某些無機物，則水的表面張力稍有增大。溶液系統可通過自動調節不同組分在表面層中的量來降低表面Gibbs能，使系統趨於穩定。因此，若加入的溶質能夠降低溶液的表面張力，則該溶質力圖濃集在表面上；反之，則該溶質在表面層中的濃度一定低於溶液的內部，這種表面層中某物質的含量與溶液本體中不同的現象，稱之為表面吸附作用。當表面層中物質的量大於本體溶液中的量，叫做發生了正吸附，反之為發生負吸附，Gibbs用熱力學方法導出了一定溫度下，吸附量的定量公式——Gibbs吸附等溫式：

＝－
式中， 為表面吸附量（mol/m2）；γ為表面張力（N/m或J/ m2）；T為熱力學溫度（K）；c為溶液本體的平衡濃度（mol/L）；R為氣體常數[J/(mol•K)]。

能使溶劑水的表面張力降低的溶質通常稱為表面活性物質。工業上和生活中所用的去污劑、起泡劑、乳化劑及潤滑劑等都是表面活性物質。表面活性物質的分子是由親水的極性部分和憎水的非極性部分構成的，正丁醇分子為ROH型一元醇，其羥基為親水基，烴基為憎水基，當它溶於水後，在溶液表面層形成羥基朝下，烴基朝上的正丁醇單分子層。當溶液濃度增加時，表面吸附量也增加；當濃度足夠大時，吸附量達極大值 ，表面溶液的表面吸附達飽和狀態。 可近似看成表面上定向排滿單分子層時單位表面積中正丁醇的物質量。

正丁醇溶液的γ-c曲線示於圖一。從曲線可求得不同濃度下的dγ/dc值，將各值待入Gibbs公式可計算不同濃度時表面吸附量 。如果作 -c曲線，可求得飽和吸附量 ，並由下式計算出正丁醇的分子截面積：

S=
式中，N0為Avgodro常數（6.02×1023/mol）。

實際上將 -c曲線外推求 比較困難。設氣固單分子層吸附的Langmuir吸附等溫式適用於溶液的表面吸附，並以表面吸附量 （表面超量）代替單位表面上所含正丁醇的物質量，則有：

θ＝
或

式中，θ為吸附分數，c為溶液本體的平衡濃度，K為與溶液表面吸附有關的經驗常數。由 ～c作圖可得一直線，由直線斜率求 ，進而可求分子的截面積S。

圖一 γ～c曲線、 ～ c曲線和 ～c曲線
圖二 最大泡壓法測液體表面張力儀器裝置圖

用最大泡壓法測表面張力方法如下：測定液體表面張力的方法很多，如毛細管升高法、滴重法、環法、滴外形法等等。本實驗採用最大泡壓法，實驗裝置如圖二所示。

圖二中A為充滿水的抽氣瓶；B為直徑為0.2～0.3mm的毛細管；C為樣品管；D為U型壓力計，內裝水以測壓差；E為放空管；F為恆溫槽。

將毛細管豎直放置，使滴口瓶面與液面相切，液體即沿毛細管上升，打開抽氣瓶的活栓，讓水緩緩滴下，使樣品管中液面上的壓力漸小於毛細管內液體上的壓力（即室壓），毛細管內外液面形成一壓差，此時毛細管內氣體將液體壓出，在管口形成氣泡並逐漸脹大，當壓力差在毛細管口所產生的作用力稍大於毛細管口液體的表面張力時，氣泡破裂，壓差的最大值可由U型壓力計上讀出。

若毛細管的半徑為r，氣泡從毛細管出來時受到向下的壓力為：

式中，△h為U型壓力計所示最大液柱高度差，g為重力加速度，ρ為壓力計所貯液體的密度。氣泡在毛細管口所受到的由表面張力引起的作用力為2πr•γ，氣泡剛脫離管口時，上述二力相等：

若將表面張力分別為 和 的兩種液體用同一支毛細管和壓力計用上法測出各自的 和 ，則有如下關系：

即
對同一支毛細管來說，K值為一常數，其值可借一表面張力已知的液體標定。本實驗用純水作為基準物質，20.0℃時純水的表面張力為7.275×10－2N/m(或J/m2)。

三．儀器和試劑

表面張力測定裝置（包括恆溫槽）1套；容量瓶100ml1個，50ml5個；1ml刻度移液管1支；吸耳球1個；正丁醇（二級）；去離子水。

四．實驗步驟

1．溶液配製

按表分2次配製9份溶液，第一次1～5號，第二次配製6～9號。

表 － 正丁醇表面張力測定溶液配製方法

樣品號數
1
2
3
4
5
6
7
8
9

容量瓶體積/cm3
100
50
50
50
50
50
50
50
50

/cm3
0.10
0.10
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75

2．如圖裝配儀器，恆溫槽溫度調至20.0℃，樣品管內置待測液體，毛細管豎直放置，毛細管口與液面相切。恆溫5min以上，測定液體的表面張力。

3．測定毛細管常數。樣品管內加入一定量蒸餾水（以放入毛細管後管口剛好與液面相切為准），旋動抽氣瓶活栓讓水緩緩滴下，使氣泡從毛細管均勻逸出，以3～5s逸出1個氣泡為宜，記錄壓力計兩側液面之最高和最低讀數各三次，取 的平均值計算毛細管常數K值。

4．同法測定各正丁醇溶液的 值，測量順序由稀到濃，每次測量前用樣品沖洗樣品管和毛細管數次。

五．數據處理

1．計算各濃度正丁醇溶液的表面張力，並作γ-c曲線；

樣品號數
1
2
3
4
5
6
7
8
9

溶液濃度c
2．用雙玻璃棒法求六個以上切點（均勻分布）的 ）值；

3．計算 值，並求c/ 值；

4．作c/ ～c圖，得一直線，由直線斜率求 值；

5．計算出正丁醇的分子截面積。文獻記載直鏈醇類的分子截面積約為2.2×10-19m2，並以此求出相對誤差。

『叄』 如何用最大氣泡法測定表面張力

用最大氣泡法測定表面張力的原理是通過比較浸潤劑溶液在不同濃度下產生的最大氣泡直徑，來確定溶液的表面張力大小。

一、浸潤現象：

1.表面張力：表面張力是指液體表面上分子間相互作用形成的一種力，使得液體表面呈現出收縮趨勢。它是液體分子間吸引力和表面分子受到的未平衡吸引力之間的平衡狀態。

2.浸潤：當液體與固體接觸時，如果液體能夠在固體表面上均勻分布並擴展開來，則稱為浸潤。浸潤現象與液體的表面張力有關，表面張力越小，液體越容易浸潤到固體表面上。

三、表面張力與最大氣泡直徑之間的關系：

1.實驗原理：最大氣泡法測定表面張力的原理是通過測量不同濃度的浸潤劑溶液生成的最大氣泡直徑，來計算出表面張力的大小。在實驗中，首先制備一系列不同濃度的浸潤劑溶液，然後通過一根細管將溶液注入到一個環形裝置內。調整氣泡的大小直至達到最大值，測量最大氣泡直徑。

2.原理解釋：根據拉普拉斯方程，最大氣泡直徑與液體表面張力成反比。當浸潤劑溶液的濃度越高，表面張力越小，液體越容易浸潤到固體表面上，最大氣泡直徑就越大。通過測量不同濃度下的最大氣泡直徑，並利用拉普拉斯方程的關系，可以計算出液體的表面張力大小。

『肆』 全自動張力測定儀注意事項

表面張力測定儀是用於測量液體表面張力的儀器。在選擇表面張力測定儀時，有國產的實驗教學用儀器和進口的最大氣泡法表面張力測定儀兩種主要選擇。國產的儀器通常設計較為簡單，價格便宜，但不建議用於精確測量。進口的最大氣泡法表面張力測定儀，如BPA **型號或攜帶型表面張力測定儀，價格通常在10萬元以上。這類儀器主要用於分析反應速度快的樣品，如毫秒級的，以及現場估算。然而，毛細管內壁的清洗情況會直接影響測量結果的准確性。因此，測量精度是一個值得深入探討的問題。

在測量過程中，壓力感測器的精度同樣會影響到最終的測量結果。因此，除非有特殊需求，我們不建議首先選擇使用該方法的儀器進行表面張力測量。正確選擇和使用表面張力測定儀對於確保測量結果的准確性和可靠性至關重要。

對於不同應用場景，應選擇適合的表面張力測定儀。實驗教學用儀器適用於簡單的表面張力測量，而最大氣泡法表面張力測定儀適用於需要精確測量反應速度快的樣品或現場估算的情況。在使用過程中，應注意儀器的精度和毛細管內壁的清洗，以確保測量結果的准確性。同時，壓力感測器的精度也會影響測量結果，因此在特殊情況下，應謹慎選擇是否使用該方法進行測量。正確選擇和使用表面張力測定儀對於實驗研究和工業應用都具有重要意義。

一、產品概述