溶液表面张力的测定及等温吸附.pdf

溶液表面张力的测定及等温吸附

周韬

摘要：实验利用最大气泡法测定溶液的表面张力。利用已知表面张力的溶液测定

毛细管的仪器常数，然后利用测定的仪器常数测定含不同量溶质的溶液的表面张

力，并且根据吉布斯吸附方程和Langmuir吸附等温式画出吸附等温线，求出了

饱和吸附量等一系列数据。

关键词：表面张力；最大气泡发；附加压力；等温吸附；饱和吸附量。

1.前言

[1]

贡雪东等人的“最大气泡法测溶液表面张力的改进”实验中，采用在试管

上做标记的方法来快速调节毛细管与液面相切。由于实验的本身并不是非常耗时，

并且相切步骤比较容易调节，所以本实验没有采用标记的方法。

现在用气泡法测定正丁醇表面张力的实验的计算基本上都是通过γ对

c作图，然后运用切线法求得。这种方法在实验数据的处理上显得非常的繁琐。

[2]

向明礼等人的“Origin对溶液σ-c关系的非线性拟合”中提到了运用希斯科

夫斯基经验公式法对其进行了求导计算。这种方法在数据处理上占有一定的优势。

所以本实验的数据处理也采用了该经验公式的方法。

2.实验部分

2.1原理

一.表面张力的测定

本次实验利

用最大气泡法测

定不同浓度正丁

醇溶液的表面张

力，并利用表面

张力计算等温吸

附的一系列数据。

图1为本次实验

所用到的实验装

图1最大气泡发实验装置

置图。

当装置中毛细管（2）尖端与表面张力仪中的液面相切时，液体沿毛细管上

升（毛细管现象）。当打开滴液漏斗3的活塞使其中的液体缓慢滴出时，表面张

力仪与外界气压形成一个压力差，压力差大于毛细管管口液体的表面张力时，气

泡从毛细管中逸出，此时的压力差为最大压力差（也就是附加压力Δp），可由数

字式微压测量仪测定。此附加压力与毛细管内液体的表面张力γ成正比，与气泡

的曲率半径R成反比，其关系式为：

Δp=2γ/R式1

当毛细管的半径很小时，形成的最大气泡基本为球形。在气泡刚开始形成的

时候，表面几乎是一个平面，此时的曲率半径最大，随着气泡的增大，曲率半径

逐渐减小。当气泡成为半球形时，此时气泡的半径和毛细管的半径(r)一致，并

且，此时的半径为最大半径，也就是说此时气泡的曲率半径最小。根据上式1

可知，此时有：

Δp=2γ/r

m

由于同一根毛细管的半径是固定的，所以，用通体跟毛细管测定不同液体的

表面张力的时候，式中的r是一个固定的值。

在测定表面张力的时候，毛细管的半径是很难直接测量的。而根据上式，我

们知道，可以用一种已知表面张力的溶液，通过测定最大附加压力从而得知毛细

管的半径，以此作为一个新的已知量，便可以通过反复测定不同溶液的最大附加

压力，从而得到不同溶液的表面张力。

二.溶液的等温吸附

溶液等温吸附有两个理论作为基础，一个是Gibbs吸附公式，它建立了界面

吸附和单位界面能量（表面张力）的关系；另一个是Langmuir吸附公式，它建

立了界面吸附量和浓度的关系。

Gibbs吸附公式

Γ

其中：c为溶液中溶质(吸附质)的浓度；γ为表面张力；Γ称为Gibbs吸附

量，又称表面过剩，是在单位面积的表面层中，所含溶质物质的量与具有相同数

量的溶剂的本体溶液中所含溶质的物质的量之差。这也意味着，Gibbs吸附量不

仅和液体表面吸附的溶质的量有关，还和液体