最大氣泡法測定液體表面張力實驗中的問題與討論

張永娜

摘 要： 作者結(jié)合物理化學(xué)實驗教學(xué)過程中的經(jīng)驗，對最大氣泡法測定液體表面張力實驗中經(jīng)常遇到的問題進(jìn)行研究討論，利用科學(xué)有效的解決辦法，最大可能避免實驗失敗，并保證實驗數(shù)據(jù)的可靠性，取得良好的教學(xué)效果，對培養(yǎng)學(xué)生良好的實驗習(xí)慣、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度有重要意義。

關(guān)鍵詞： 最大氣泡法 表面張力 常見問題

表面張力是液體的基本物化性質(zhì)之一，是研究有關(guān)表面現(xiàn)象和表面活性劑性能的重要參數(shù)。在諸多測定表面張力的方法中，最大氣泡法實驗器材易得，操作方法簡單且易于理解，因而長期以來利用最大氣泡法測定液體的表面張力是大學(xué)物理化學(xué)教學(xué)實驗的常見內(nèi)容。該實驗在教學(xué)實踐活動中被不斷研究和改進(jìn)，無論在實驗方法還是實驗裝置方面都日漸完善，但在實驗過程中往往因為個人操作出現(xiàn)各種各樣的問題，筆者根據(jù)本科實驗教學(xué)中經(jīng)常遇到的問題，討論有效的解決途徑，促使學(xué)生在實驗過程中不僅掌握基本實驗技能，而且提高學(xué)生思維和解決問題的能力，從而達(dá)到能力和素質(zhì)的綜合培養(yǎng)。

一、溫度問題

表面張力是一個與溫度有關(guān)的物理化學(xué)量，在實驗過程中需要進(jìn)行恒溫操作，以便測定相同溫度下一系列溶液的表面張力。本實驗作為本科基礎(chǔ)實驗，屬于驗證性實驗，只需要保證是相同溫度之下的測定結(jié)果，而不是某一個特定溫度下的結(jié)果，所以實驗室一般采用室溫條件，而不需要恒溫裝置，使實驗操作相對來說更簡單。本實驗在順利操作情況下耗時并不長，室溫一般變化不大，采用室溫操作可以滿足本實驗對溫度的要求。室溫操作不僅在不改變教學(xué)目的的前提下使該實驗操作簡單方便，而且加深學(xué)生對室溫操作意義的理解。

二、溶液配制的問題

乙醇水溶液體系以其低毒環(huán)保的優(yōu)勢被選做本實驗研究對象。本實驗要對一系列不同濃度乙醇溶液的表面張力進(jìn)行測定，因此要保證溶液濃度的準(zhǔn)確性。實驗教材要求學(xué)生粗略配制溶液，在合適的實驗環(huán)節(jié)再利用濃度和折光率的關(guān)系確定溶液的準(zhǔn)確濃度。這樣的實驗程序一方面比較繁瑣，另一方面在再次確定濃度的過程中本身存在操作誤差。根據(jù)數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)涉及的吉布斯吸附方程及l(fā)angmuir等溫吸附方程式特點可知，濃度單位不會對實驗最終結(jié)果產(chǎn)生影響，因此筆者在實驗教學(xué)過程中直接要求學(xué)生用移液管準(zhǔn)確移取一定量的無水乙醇在容量瓶中用水定容得到準(zhǔn)確濃度的乙醇水溶液。為了避免乙醇的易揮發(fā)性給濃度帶來的影響，配制溶液時，應(yīng)當(dāng)首先將潔凈的容量瓶中加入適量水，然后移取一定量的無水乙醇放入容量瓶中，及時形成乙醇的水溶液，然后再定容即可。這樣在操作過程中大大降低由于乙醇的揮發(fā)性引起的損失。

三、裝置氣密性和暢通性問題

對本實驗來說良好的氣密性是保障實驗數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的前提，影響體系氣密性的部位通常是儀器的各個接口連接處：（1）仔細(xì)檢查玻璃儀器磨口連接處是否完全契合，必要時在磨口處涂抹適量凡士林。（2）確保乳膠管連接正常，并且沒有老化破損。

實驗中經(jīng)常有數(shù)據(jù)離奇增大的現(xiàn)象，學(xué)生往往會不知所措。此時便要引導(dǎo)學(xué)生注意到內(nèi)部負(fù)壓偏大要從兩個方面考慮：一是待測液體的表面張力較大，二是儀器體系不夠暢通。對于本實驗來說，一般原因都源于后者。儀器體系本身不暢通，首先要排除毛細(xì)管不夠清潔或者被堵塞的影響。當(dāng)毛細(xì)管被污染時，不僅對測定的壓力產(chǎn)生直接影響，而且會影響氣泡的冒出質(zhì)量。因此，一定要將表面張力儀的樣品管和毛細(xì)管內(nèi)外壁徹底清洗干凈，嚴(yán)禁油污及固體雜質(zhì)附著進(jìn)入。另外，實驗過程中要嚴(yán)防液體倒流進(jìn)入乳膠管中。

四、調(diào)節(jié)毛細(xì)管口與液體表面相切及氣泡冒出質(zhì)量

在對液體表面張力的測定中，需要調(diào)節(jié)毛細(xì)管口與液體表面相切，其相切程度與實驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性緊密相關(guān)。要使毛細(xì)管口與液體表面完美相切，首先保證毛細(xì)管口與液面垂直接觸。這就要求樣品管在固定的時候一定要保證豎直狀態(tài)。而且在判斷相切時，一定要讓視線與液面相平，務(wù)必使毛細(xì)管下端口與待測液面真實接觸，并盡可能處于相切狀態(tài)。另外，實驗一般是兩個人一組，為了避免個人操作誤差，在測定不同濃度溶液的表面張力時，盡量保證同一個人觀察相切情況，這樣使不同溶液表面與毛細(xì)管的相切產(chǎn)生的誤差具有同向性，則可減少對最終結(jié)果的誤差影響。

毛細(xì)管口氣泡冒出的速度會對表面張力的測定結(jié)果產(chǎn)生比較大的影響。如果氣泡冒出速度太快，則來不及在氣泡表面建立吸附平衡，測得的結(jié)果將不能真正反映溶液的表面張力；氣泡冒出太慢，一方面時間上不允許，另一方面裝置若有微弱漏氣將會對結(jié)果影響較大。因此，要嚴(yán)格控制滴液瓶的滴液速度，使氣泡是一個個獨立冒出來的，實驗結(jié)果表明，一般控制5至10秒鐘冒出一個氣泡即可。

總之，作為高校物理化學(xué)實驗中較重要的實驗之一，最大氣泡法測定液體的表面張力實驗低毒環(huán)保，方法簡單且具有趣味性。在相對輕松的實驗過程中，學(xué)生不僅在動手能力方面得到鍛煉，而且通過細(xì)心、用心、認(rèn)真操作，從實驗實踐中尋找理論依據(jù)，再借助理論知識解決實驗問題，從而在專業(yè)知識、實驗技能和綜合水平方面都得到很大提升。

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