最大气泡法测定液体表面张力实验的研究与讨论

周薇薇等

摘 要： 最大气泡法测定液体的表面张力实验是高校物理化学实验中很重要的一个实验。本文从实践角度出发，对这个实验中可能遇到的问题一一研究、分析、讨论，分别从如何保证实验装置的气密性、如何调节气泡的速度和状态、实验需要注意的诸多问题和实验的细节等方面仔细研究讨论，提出诸多可以提高实验的成功率与实验效率的方法。对这些方面给予关注，能够帮助学生在实验时迅速掌握实验的重点难点，在最短时间内取得最大实验收获。

关键词： 最大气泡法 液体表面张力 实验教学

1.引言

最大气泡法测定液体的表面张力实验是高校物理化学实验中很重要的一个实验。表面张力是液体的一个重要性质，跟液体的很多其他性质和化学反应的发生有很密切的关系。在用最大气泡法测定液体表面张力的过程中，是通过对压力计两边的最大压差的测量测定待测液体的表面张力的。这个实验操作简单、过程简洁，如果顺利，则可以很快完成。但是有一些实验的细节问题，或者是一些不好的实验操作、习惯都可能导致实验中出错，致使实验实践变长，实验效率变低，甚至导致实验的数据不准确，最终致使实验失败。

本实验室的实验教师在实践物理化学实验的过程中，掌握了很多关于这个实验的技巧。我们从实践角度，从各个方面着手，提出了很多关于实验技巧、实验细节、实验注意事项等各个方面有关系的重点难点，帮助老师和同学更好地完成最大气泡测试液体表面张力的实验。

2.溶液的配制

在这个实验中，我们需要用到不同浓度的正丁醇的溶液，有：0.02mol.L■、0.05mol.L■、0.10mol.L■、0.15mol.L■、0.20mol.L■、0.25mol.L■、0.30mol.L■、0.35mol.L■，一共八个浓度的正丁醇溶液。因为溶液的浓度不同，比较多，所以有任何一个浓度的正丁醇溶液配制出错了，或者出问题，就会导致在作图过程有很大误差，致使表面张力σ的计算出现错误，导致表面超量Γ的计算有误，导致饱和吸附量Γ■和正丁醇分子横截面积S■的计算出错，最终导致一系列错误出现。

我们在配制溶液的过程中，一定要注意不要弄错。为了避免弄错，要注意以下几个小的方面：（1）计算好配制每个浓度正丁醇溶液所需要的正丁醇的体积，计算时一定要仔细计算，切勿出错；（2）配制正丁醇溶液的容量瓶一定要提前准备好，提前烘干，如果是临时准备的话，就可能会因为烘干不彻底而引入误差；（3）配制所用的正丁醇一定好清楚，千万不要拿错原始溶液。有粗心的同学在配制溶液的时候，没有仔细看好试剂的标签，会拿错原料；（4）配置好正丁醇之后，转移到相应的试剂瓶的时候一定要看清楚对应的浓度，不要张冠李戴，把A浓度的正丁醇倒入B浓度的试剂瓶中，并且在转移之前需要提前润洗，这样更能够消除误差，提高正确率。

3.实验装置气密性的检查

实验装置的气密性是这个实验的一个很重要的方面，良好的气密性是保障实验数据准确的前提。因此，在实验进行前要做好气密性的准备工作：（1）提醒学生检查乳胶管，查看胶管是否有连接不良的地方，查看是否有老化破损的位置；（2）查看玻璃仪器链接的位置是否严密，并及时补充凡士林，确保玻璃仪器的气密性；（3）在前两点做好的前提之下，还要进行气密性的检验，最终确保整体装置的气密性，保证实验的顺利进行。

4.仪器比例系数K的测定

在这个实验中，我们直接拿到手的数据并不是表面张力σ的值，而是压力计两边的最大压力差，这个最大压差ΔP■的值不等于σ，但是正比于σ，我们要把实验过程中获得的数据ΔP■转换成表面张力σ的话，需要先知道装置的比例系数K。因此，实验中我们必须先测试仪器的比例系数K的值。

在测试比例系数K时，我们用到的是实验室的室温去离子水。把室温的去离子水装入实验装置中，测出这个水所对应的最大压差ΔP■，之后找到实验教材中的附录表格，从表格中查出这个温度的水对应的表面张力σ的值。这样，对于这个温度的水而言，ΔP■和σ都有了，二者的比值就是儀器的比例系数K的值。

在测试比例系数K的整个过程中，我们需要注意一个问题：那就是千万不要弄错了温度。正丁醇溶液的测试温度和测定比例系数K的水的温度要一致，还要与查表的水的温度一致，三者一致之后才能获得正确结果。有的实验室在进行物理化学实验时可能要测定某个特定温度下正丁醇的表面张力，就要加相应的水浴。加水浴的时候自然是正丁醇溶液和去离子水都要加上水浴，温度一致。并且在查表时，也要查相应温度下水的表面张力才合适。

5.调节毛细管口与液体表面相切

在实验进行中，调节毛细管口与液体表面相切是一个很重要的步骤。因为这个与实验数据的准确性紧密相关。只有在相切比较完美时，对应的最大压差ΔP■才能体现出相应液体的表面张力σ；如果相切得不好，则所对应的最大压差ΔP■是不能与表面张力σ成正比关系的。调节相切的工作是一个很重要的工作。需要注意的问题有两个：（1）在调节毛细管口与液面相切时一定要让视线与液面相平，不能俯视，也不能仰视；（2）一定要保证毛细管口与液面的接触。我们追求相切的完美，这样数据才会准确，但是这个相切的完美是必选在毛细管口与液面接触的前提之下。有的学生在实验时，过于要求相切完美，感觉切得很好，而这时候可能液面与毛细管口已经分开，这样，整体装置的气密性就会被破坏，就会导致数据整体出现问题。

6.气泡的调节

在实验进行过程中，需要调节气泡。对于气泡冒出是有一定要求的。实验中我们要求气泡是5-10秒一个，而且要求气泡一个接一个冒出。这就对实验的操作提出了要求。如果实验过程中气泡出得过慢、过快，或者是一堆一堆地冒出，就不能达到实验要求。为了能够满足实验对于气泡的要求，我们需要注意以下几点：

（1）保证玻璃仪器的清洁。玻璃仪器使用时间长了之后，仪器的内壁和外壁上会存在油污，这些油污不但会影响表面张力的数据，还会影响气泡的冒出。如果装置内壁和毛细管口油污过多，气泡在冒出的时候就很可能是一堆一堆地冒出，这样我们就无法进行数据收集。因此，实验室要定期清理玻璃仪器的油污，用王水或者铬酸洗液清理，保证清洁。

（2）气泡的速度是由滴液的速度控制的。液滴滴得越快，气泡出泡速度就越快；反之液滴滴得慢的话，气泡出泡速度就慢。首次实验的学生有的会认为滴一滴液滴，就出一个气泡，这是不对的，通常需要滴很多滴液滴，才会出一个气泡。

（3）气泡在出泡的时候是要求一个气泡接着一个气泡出的，不能两个气泡、两个气泡得出；也不能一堆泡、一堆泡得出。如果总是调节不好就可以用下面的方法试试：a.多加一点待测液，重新调一次毛细管口跟液面的相切试一下；b.如果重新调节了几次毛细管口跟液面的相切，还是不行的话，考虑一下，是不是往装置中转移待测液的时候没有润洗充分，润洗不充分会影响气泡的冒出；c.最后考虑玻璃儀器的洁净程度，如果说内壁和毛细管外面有油污的话，则也会影响到气泡的冒出。

7.结语

最大气泡法测定液体的表面张力实验是一个重要的高校物理化学实验。这个实验的实验方法简单，操作步骤简易有趣。在整个实验过程中，学生的动手能力、思维水平和理论知识水平都会得到很大提升。这是一个非常值得师生深入探讨和研究的物理化学实验。本文以实践角度从各个方面对这个实验进行了探讨和研究，分别从实验试剂的准备、实验装置的准备、实验的操作技巧、实验的注意事项等方面进行了详细讨论，以最大限度地提高实验效率和成功率，强化教学效果，从而使学生受益。

参考文献：

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基金项目：本文系“淮南师范学院校级质量工程项目（2012hsjy13、2013hsjyxm26）”与“安徽省级质量工程项目（2014jyxm312）”的研究成果。