最大氣泡法測(cè)定液體表面張力實(shí)驗(yàn)的研究與討論

周薇薇等

摘 要： 最大氣泡法測(cè)定液體的表面張力實(shí)驗(yàn)是高校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中很重要的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。本文從實(shí)踐角度出發(fā)，對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)中可能遇到的問(wèn)題一一研究、分析、討論，分別從如何保證實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性、如何調(diào)節(jié)氣泡的速度和狀態(tài)、實(shí)驗(yàn)需要注意的諸多問(wèn)題和實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)等方面仔細(xì)研究討論，提出諸多可以提高實(shí)驗(yàn)的成功率與實(shí)驗(yàn)效率的方法。對(duì)這些方面給予關(guān)注，能夠幫助學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)迅速掌握實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)難點(diǎn)，在最短時(shí)間內(nèi)取得最大實(shí)驗(yàn)收獲。

關(guān)鍵詞： 最大氣泡法 液體表面張力 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

1.引言

最大氣泡法測(cè)定液體的表面張力實(shí)驗(yàn)是高校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中很重要的一個(gè)實(shí)驗(yàn)。表面張力是液體的一個(gè)重要性質(zhì)，跟液體的很多其他性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生有很密切的關(guān)系。在用最大氣泡法測(cè)定液體表面張力的過(guò)程中，是通過(guò)對(duì)壓力計(jì)兩邊的最大壓差的測(cè)量測(cè)定待測(cè)液體的表面張力的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、過(guò)程簡(jiǎn)潔，如果順利，則可以很快完成。但是有一些實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)問(wèn)題，或者是一些不好的實(shí)驗(yàn)操作、習(xí)慣都可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中出錯(cuò)，致使實(shí)驗(yàn)實(shí)踐變長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)效率變低，甚至導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，最終致使實(shí)驗(yàn)失敗。

本實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)教師在實(shí)踐物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，掌握了很多關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)的技巧。我們從實(shí)踐角度，從各個(gè)方面著手，提出了很多關(guān)于實(shí)驗(yàn)技巧、實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)等各個(gè)方面有關(guān)系的重點(diǎn)難點(diǎn)，幫助老師和同學(xué)更好地完成最大氣泡測(cè)試液體表面張力的實(shí)驗(yàn)。

2.溶液的配制

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們需要用到不同濃度的正丁醇的溶液，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■，一共八個(gè)濃度的正丁醇溶液。因?yàn)槿芤旱臐舛炔煌?，比較多，所以有任何一個(gè)濃度的正丁醇溶液配制出錯(cuò)了，或者出問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致在作圖過(guò)程有很大誤差，致使表面張力σ的計(jì)算出現(xiàn)錯(cuò)誤，導(dǎo)致表面超量Γ的計(jì)算有誤，導(dǎo)致飽和吸附量?！龊驼〈挤肿訖M截面積S■的計(jì)算出錯(cuò)，最終導(dǎo)致一系列錯(cuò)誤出現(xiàn)。

我們?cè)谂渲迫芤旱倪^(guò)程中，一定要注意不要弄錯(cuò)。為了避免弄錯(cuò)，要注意以下幾個(gè)小的方面：（1）計(jì)算好配制每個(gè)濃度正丁醇溶液所需要的正丁醇的體積，計(jì)算時(shí)一定要仔細(xì)計(jì)算，切勿出錯(cuò)；（2）配制正丁醇溶液的容量瓶一定要提前準(zhǔn)備好，提前烘干，如果是臨時(shí)準(zhǔn)備的話，就可能會(huì)因?yàn)楹娓刹粡氐锥胝`差；（3）配制所用的正丁醇一定好清楚，千萬(wàn)不要拿錯(cuò)原始溶液。有粗心的同學(xué)在配制溶液的時(shí)候，沒(méi)有仔細(xì)看好試劑的標(biāo)簽，會(huì)拿錯(cuò)原料；（4）配置好正丁醇之后，轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的試劑瓶的時(shí)候一定要看清楚對(duì)應(yīng)的濃度，不要張冠李戴，把A濃度的正丁醇倒入B濃度的試劑瓶中，并且在轉(zhuǎn)移之前需要提前潤(rùn)洗，這樣更能夠消除誤差，提高正確率。

3.實(shí)驗(yàn)裝置氣密性的檢查

實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性是這個(gè)實(shí)驗(yàn)的一個(gè)很重要的方面，良好的氣密性是保障實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的前提。因此，在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行前要做好氣密性的準(zhǔn)備工作：（1）提醒學(xué)生檢查乳膠管，查看膠管是否有連接不良的地方，查看是否有老化破損的位置；（2）查看玻璃儀器鏈接的位置是否嚴(yán)密，并及時(shí)補(bǔ)充凡士林，確保玻璃儀器的氣密性；（3）在前兩點(diǎn)做好的前提之下，還要進(jìn)行氣密性的檢驗(yàn)，最終確保整體裝置的氣密性，保證實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。

4.儀器比例系數(shù)K的測(cè)定

在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們直接拿到手的數(shù)據(jù)并不是表面張力σ的值，而是壓力計(jì)兩邊的最大壓力差，這個(gè)最大壓差ΔP■的值不等于σ，但是正比于σ，我們要把實(shí)驗(yàn)過(guò)程中獲得的數(shù)據(jù)ΔP■轉(zhuǎn)換成表面張力σ的話，需要先知道裝置的比例系數(shù)K。因此，實(shí)驗(yàn)中我們必須先測(cè)試儀器的比例系數(shù)K的值。

在測(cè)試比例系數(shù)K時(shí)，我們用到的是實(shí)驗(yàn)室的室溫去離子水。把室溫的去離子水裝入實(shí)驗(yàn)裝置中，測(cè)出這個(gè)水所對(duì)應(yīng)的最大壓差ΔP■，之后找到實(shí)驗(yàn)教材中的附錄表格，從表格中查出這個(gè)溫度的水對(duì)應(yīng)的表面張力σ的值。這樣，對(duì)于這個(gè)溫度的水而言，ΔP■和σ都有了，二者的比值就是儀器的比例系數(shù)K的值。

在測(cè)試比例系數(shù)K的整個(gè)過(guò)程中，我們需要注意一個(gè)問(wèn)題：那就是千萬(wàn)不要弄錯(cuò)了溫度。正丁醇溶液的測(cè)試溫度和測(cè)定比例系數(shù)K的水的溫度要一致，還要與查表的水的溫度一致，三者一致之后才能獲得正確結(jié)果。有的實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)可能要測(cè)定某個(gè)特定溫度下正丁醇的表面張力，就要加相應(yīng)的水浴。加水浴的時(shí)候自然是正丁醇溶液和去離子水都要加上水浴，溫度一致。并且在查表時(shí)，也要查相應(yīng)溫度下水的表面張力才合適。

5.調(diào)節(jié)毛細(xì)管口與液體表面相切

在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行中，調(diào)節(jié)毛細(xì)管口與液體表面相切是一個(gè)很重要的步驟。因?yàn)檫@個(gè)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性緊密相關(guān)。只有在相切比較完美時(shí)，對(duì)應(yīng)的最大壓差ΔP■才能體現(xiàn)出相應(yīng)液體的表面張力σ；如果相切得不好，則所對(duì)應(yīng)的最大壓差ΔP■是不能與表面張力σ成正比關(guān)系的。調(diào)節(jié)相切的工作是一個(gè)很重要的工作。需要注意的問(wèn)題有兩個(gè)：（1）在調(diào)節(jié)毛細(xì)管口與液面相切時(shí)一定要讓視線與液面相平，不能俯視，也不能仰視；（2）一定要保證毛細(xì)管口與液面的接觸。我們追求相切的完美，這樣數(shù)據(jù)才會(huì)準(zhǔn)確，但是這個(gè)相切的完美是必選在毛細(xì)管口與液面接觸的前提之下。有的學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)，過(guò)于要求相切完美，感覺(jué)切得很好，而這時(shí)候可能液面與毛細(xì)管口已經(jīng)分開(kāi)，這樣，整體裝置的氣密性就會(huì)被破壞，就會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)整體出現(xiàn)問(wèn)題。

6.氣泡的調(diào)節(jié)

在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，需要調(diào)節(jié)氣泡。對(duì)于氣泡冒出是有一定要求的。實(shí)驗(yàn)中我們要求氣泡是5-10秒一個(gè)，而且要求氣泡一個(gè)接一個(gè)冒出。這就對(duì)實(shí)驗(yàn)的操作提出了要求。如果實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氣泡出得過(guò)慢、過(guò)快，或者是一堆一堆地冒出，就不能達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求。為了能夠滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)對(duì)于氣泡的要求，我們需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）保證玻璃儀器的清潔。玻璃儀器使用時(shí)間長(zhǎng)了之后，儀器的內(nèi)壁和外壁上會(huì)存在油污，這些油污不但會(huì)影響表面張力的數(shù)據(jù)，還會(huì)影響氣泡的冒出。如果裝置內(nèi)壁和毛細(xì)管口油污過(guò)多，氣泡在冒出的時(shí)候就很可能是一堆一堆地冒出，這樣我們就無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。因此，實(shí)驗(yàn)室要定期清理玻璃儀器的油污，用王水或者鉻酸洗液清理，保證清潔。

（2）氣泡的速度是由滴液的速度控制的。液滴滴得越快，氣泡出泡速度就越快；反之液滴滴得慢的話，氣泡出泡速度就慢。首次實(shí)驗(yàn)的學(xué)生有的會(huì)認(rèn)為滴一滴液滴，就出一個(gè)氣泡，這是不對(duì)的，通常需要滴很多滴液滴，才會(huì)出一個(gè)氣泡。

（3）氣泡在出泡的時(shí)候是要求一個(gè)氣泡接著一個(gè)氣泡出的，不能兩個(gè)氣泡、兩個(gè)氣泡得出；也不能一堆泡、一堆泡得出。如果總是調(diào)節(jié)不好就可以用下面的方法試試：a.多加一點(diǎn)待測(cè)液，重新調(diào)一次毛細(xì)管口跟液面的相切試一下；b.如果重新調(diào)節(jié)了幾次毛細(xì)管口跟液面的相切，還是不行的話，考慮一下，是不是往裝置中轉(zhuǎn)移待測(cè)液的時(shí)候沒(méi)有潤(rùn)洗充分，潤(rùn)洗不充分會(huì)影響氣泡的冒出；c.最后考慮玻璃儀器的潔凈程度，如果說(shuō)內(nèi)壁和毛細(xì)管外面有油污的話，則也會(huì)影響到氣泡的冒出。

7.結(jié)語(yǔ)

最大氣泡法測(cè)定液體的表面張力實(shí)驗(yàn)是一個(gè)重要的高校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)單，操作步驟簡(jiǎn)易有趣。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生的動(dòng)手能力、思維水平和理論知識(shí)水平都會(huì)得到很大提升。這是一個(gè)非常值得師生深入探討和研究的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)。本文以實(shí)踐角度從各個(gè)方面對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了探討和研究，分別從實(shí)驗(yàn)試劑的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)裝置的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)的操作技巧、實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)等方面進(jìn)行了詳細(xì)討論，以最大限度地提高實(shí)驗(yàn)效率和成功率，強(qiáng)化教學(xué)效果，從而使學(xué)生受益。

參考文獻(xiàn)：

[1]潘湛昌，蘇小輝，張環(huán)華，胡光輝，魏志剛.最大氣泡法測(cè)定液體表面張力實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2011，30（12）：31.

[2]吳世彪，徐玲，王穎，陳艷.最大氣泡法測(cè)定液體表面張力實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的改良[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2010（5）：65.

[3]沙兆林.最大氣泡法測(cè)定液體表面張力實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索：1998（2）：45.

[4]唐春然.一種方便的表面張力測(cè)定（最大氣泡法）裝置[J].邵陽(yáng)師專(zhuān)學(xué)報(bào)：1994（5）：34.

[5]貢雪東，張常山，王大言，吳志清，余柏恒.最大氣泡法測(cè)溶液表面張力的改進(jìn)[J].大學(xué)化學(xué)：2004，19（5）：37.

基金項(xiàng)目：本文系“淮南師范學(xué)院校級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目（2012hsjy13、2013hsjyxm26）”與“安徽省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目（2014jyxm312）”的研究成果。