一、实验目的
(1) 测定不同浓度的乙醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和乙醇分子的横截面积。
(2) 了解表面张力的性质及表面张力和表面吸附量的关系。
(3) 掌握最大泡压法测定溶液表面张力和表面吸附量的原理和技术。
二、实验原理
气液界面分子受**内部分子的吸引力远大于外部蒸气分子对它的吸引力，致使表面层分子受到向内的拉力使表面积趋于最小(球形)，以达到受力平衡。表面张力（surface tension, γ），或单位表面吉布斯自由能(surface Gibbs free energy)表征了界面的这一特征。**的表面张力与温度、溶液的组成等因素有关。表面张力随组成的变化取决于溶质的本性和加入量的多少。
根据能量最低原理，若溶质能降低溶剂的表面张力，则表面层溶质的浓度应比溶液内部的浓度大；如果所加溶质能使溶剂的表面张力增加，那么，表面层溶质的浓度应比内部低，这种现象为溶液的表面吸附，用吉布斯(Gibbs)公式表示：
Γ=-cRT??γ??cT,P(1)
式中：Γ为表面吸附量(mol·m-2)；γ为表面张力（J·m-2）；Τ为绝对温度（Ｋ）；c为溶质的浓度（mol·L-1）； ??γ??cＴ，Ｐ
表示在一定温度下表面张力随浓度的变化率。??γ??cT,P＜ 0， Γ＞0，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附作用；??γ??cT,P＞0，Γ＜0，溶液表面层的浓度小于内部的浓度，称为负吸附作用。
溶质吸附量Γ与浓度c之间的关系可以用Langmuir等温吸附方程式表示：
Γ=Γ∞Kc1+Kc(2)
式中：Γ∞表示饱和吸附量；K为常数。将上式整理可得如下形式:
cΓ=cΓ∞+1KΓ∞(3)
作cΓ～c图，得一直线，由此直线的斜率和截距可求常数Γ∞和K。
如果以N代表1m2表面溶质的分子数，则：
N=Γ∞L(4)
式中L为Avogadro常数，由此可得每个分子在表面所占据的截面积Am为：
Am=1/Γ∞L(5)
测定表面张力的方法很多，有最大泡压法、拉环法、张力计法等，在本实验中，采用最大泡压法来测定**的表面张力。装置图54所示。
图54**表面张力测试装置
待测**置于样品管中，使毛细管端面与液面相切，此时，液面沿毛细管上升至一定高度。打开滴液漏斗缓慢抽气。此时，样品管中的压力pr逐渐减小，毛细管中的大气压po就会将管中液面压至管口，并形成气泡，其曲率半径等于毛细管半径时承受压差为最大。
此附加压力(po-pr)与表面张力成正比，与气泡的曲率半径R成反比，其关系式为：
ΔP=po-pr=2γR(6)
在实验中，如果使用同一支毛细管和压力计，则可以用已知表面张力的**作为标准，分别测定它们的最大附加压力后，通过对比计算得到其他未知**的表面张力：
γ1γ2=ΔPmax,1ΔPmax,2(7)
图55待测样品的γ~c图
本实验以蒸馏水为标准物质，先测定水的最大附加压力ΔPmax，水，查附表８得到实验温度下的γ水，则
γ测=ΔPmax,测ΔΡmax,水×γ水(8)
如图５５所示，作γ~c图，求出浓度cＥ下Ｅ点的??γ??cT,P值。结合前面的计算公式和处理方法，则可计算出Γ∞和Am。
三、仪器和试剂
1. 仪器
恒温槽装置；DPA精密数字压力计1台,抽气瓶1个,样品管，毛细管, 烧杯（250mL）。
2. 药品
乙醇（AR）
四、实验步骤
（1） 用称量法粗配5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%乙醇水溶液各50mL待用。
（2） 分别测定各乙醇水溶液的折光率n。
（3） 测定水的最大附加压力ΔPmax：
① 打开精密数字压力计预热10min。将单位调至mmH2O（1mmH2O=9.80665Pa），在通大气的条件下对仪器进行采零。
② 在表面张力仪的样品管中装入适量的蒸馏水，插入已洗净的毛细管，使毛细管端和液面接触刚好相切。将实验仪器按图54连接好，并在滴液漏斗中加满水。将样品管置于25.0℃的恒温槽中，恒温10min。打开滴液漏斗，使水缓缓滴出，调整滴速，使气泡从毛细管端尽可能缓慢而且均匀地鼓出，约5～10s鼓出一个气泡。读取数字压力计的最大ΔPmax值，测定3次，取平均值。
（4） 按照（3）中步骤②依次测定各浓度乙醇水溶液的最大附加压力ΔPmax值。
五、实验数据记录及处理
室温：大气压：
(1) 乙醇水溶液的折光率
利用文献数据作n~c工作曲线，依据实验测定数据，计算样品的浓度c。将相关数据记录在表54。
表54乙醇的折光率和浓度
乙醇溶液的配制浓度5%10%15%20%25%30%35%40%
n
c
（2） 待测**的表面张力：
表55待测样品的表面张力测定
蒸馏水乙醇溶液
c/mol·L-1
Pmax/kPa
Pmax，平均/kPa
γ/（N·m-1）
(3) 做γc曲线，求出各浓度下的斜率：
表56待测样品的??γ??cT,P数据
乙醇溶液
c/mol·L-1
斜率
（４） 利用吉布斯吸附等温方程式，计算出各溶液的Γ：
表57待测样品的Γ及c/Γ数据
乙醇溶液
c/mol·L-1
Γ/mol·m-2
cΓ/m-1
(5) 做c/Γ~c图，求出直线斜率，由斜率求出Γ∞。
(6) 计算乙醇分子的横截面积。
六、思考与讨论
(1) 仪器系统不能漏气。
(2) 毛细管一定要干净，否则气泡不能连续逸出，使压力计的读数不稳定。
七、附录
25℃时乙醇水溶液的浓度与折光率（表58），用于绘制溶液浓度与折光率的工作曲线。
表5825℃时乙醇水溶液的浓度与折光率
c/mol·L-100.911.702.623.554.105.218.5812.0013.5917.17
n1.33251.33581.33801.34101.34401.34621.34921.35781.36211.36391.3696