最大气泡法测定液体表面张力实验中的问题与讨论

张永娜

摘 要： 作者结合物理化学实验教学过程中的经验，对最大气泡法测定液体表面张力实验中经常遇到的问题进行研究讨论，利用科学有效的解决办法，最大可能避免实验失败，并保证实验数据的可靠性，取得良好的教学效果，对培养学生良好的实验习惯、严谨的学习态度有重要意义。

关键词： 最大气泡法 表面张力 常见问题

表面张力是液体的基本物化性质之一，是研究有关表面现象和表面活性剂性能的重要参数。在诸多测定表面张力的方法中，最大气泡法实验器材易得，操作方法简单且易于理解，因而长期以来利用最大气泡法测定液体的表面张力是大学物理化学教学实验的常见内容。该实验在教学实践活动中被不断研究和改进，无论在实验方法还是实验装置方面都日渐完善，但在实验过程中往往因为个人操作出现各种各样的问题，笔者根据本科实验教学中经常遇到的问题，讨论有效的解决途径，促使学生在实验过程中不仅掌握基本实验技能，而且提高学生思维和解决问题的能力，从而达到能力和素质的综合培养。

一、温度问题

表面张力是一个与温度有关的物理化学量，在实验过程中需要进行恒温操作，以便测定相同温度下一系列溶液的表面张力。本实验作为本科基础实验，属于验证性实验，只需要保证是相同温度之下的测定结果，而不是某一个特定温度下的结果，所以实验室一般采用室温条件，而不需要恒温装置，使实验操作相对来说更简单。本实验在顺利操作情况下耗时并不长，室温一般变化不大，采用室温操作可以满足本实验对温度的要求。室温操作不仅在不改变教学目的的前提下使该实验操作简单方便，而且加深学生对室温操作意义的理解。

二、溶液配制的问题

乙醇水溶液体系以其低毒环保的优势被选做本实验研究对象。本实验要对一系列不同浓度乙醇溶液的表面张力进行测定，因此要保证溶液浓度的准确性。实验教材要求学生粗略配制溶液，在合适的实验环节再利用浓度和折光率的关系确定溶液的准确浓度。这样的实验程序一方面比较繁琐，另一方面在再次确定浓度的过程中本身存在操作误差。根据数据处理环节涉及的吉布斯吸附方程及langmuir等温吸附方程式特点可知，浓度单位不会对实验最终结果产生影响，因此笔者在实验教学过程中直接要求学生用移液管准确移取一定量的无水乙醇在容量瓶中用水定容得到准确浓度的乙醇水溶液。为了避免乙醇的易挥发性给浓度带来的影响，配制溶液时，应当首先将洁净的容量瓶中加入适量水，然后移取一定量的无水乙醇放入容量瓶中，及时形成乙醇的水溶液，然后再定容即可。这样在操作过程中大大降低由于乙醇的挥发性引起的损失。

三、装置气密性和畅通性问题

对本实验来说良好的气密性是保障实验数据准确的前提，影响体系气密性的部位通常是仪器的各个接口连接处：（1）仔细检查玻璃仪器磨口连接处是否完全契合，必要时在磨口处涂抹适量凡士林。（2）确保乳胶管连接正常，并且没有老化破损。

实验中经常有数据离奇增大的现象，学生往往会不知所措。此时便要引导学生注意到内部负压偏大要从两个方面考虑：一是待测液体的表面张力较大，二是仪器体系不够畅通。对于本实验来说，一般原因都源于后者。仪器体系本身不畅通，首先要排除毛细管不够清洁或者被堵塞的影响。当毛细管被污染时，不仅对测定的压力产生直接影响，而且会影响气泡的冒出质量。因此，一定要将表面张力仪的样品管和毛细管内外壁彻底清洗干净，严禁油污及固体杂质附着进入。另外，实验过程中要严防液体倒流进入乳胶管中。

四、调节毛细管口与液体表面相切及气泡冒出质量

在对液体表面张力的测定中，需要调节毛细管口与液体表面相切，其相切程度与实验数据的准确性紧密相关。要使毛细管口与液体表面完美相切，首先保证毛细管口与液面垂直接触。这就要求样品管在固定的时候一定要保证竖直状态。而且在判断相切时，一定要让视线与液面相平，务必使毛细管下端口与待测液面真实接触，并尽可能处于相切状态。另外，实验一般是两个人一组，为了避免个人操作误差，在测定不同浓度溶液的表面张力时，尽量保证同一个人观察相切情况，这样使不同溶液表面与毛细管的相切产生的误差具有同向性，则可减少对最终结果的误差影响。

毛细管口气泡冒出的速度会对表面张力的测定结果产生比较大的影响。如果气泡冒出速度太快，则来不及在气泡表面建立吸附平衡，测得的结果将不能真正反映溶液的表面张力；气泡冒出太慢，一方面时间上不允许，另一方面装置若有微弱漏气将会对结果影响较大。因此，要严格控制滴液瓶的滴液速度，使气泡是一个个独立冒出来的，实验结果表明，一般控制5至10秒钟冒出一个气泡即可。

总之，作为高校物理化学实验中较重要的实验之一，最大气泡法测定液体的表面张力实验低毒环保，方法简单且具有趣味性。在相对轻松的实验过程中，学生不仅在动手能力方面得到锻炼，而且通过细心、用心、认真操作，从实验实践中寻找理论依据，再借助理论知识解决实验问题，从而在专业知识、实验技能和综合水平方面都得到很大提升。

参考文献：

[1]丑华，朱宇萍.最大气泡法测定乙醇溶液的表面张力[J].内江师范学院学报，2009，24（6）：72-75.

[2]王建英，丁越，季晓菁，唐莹.最大气泡法测定液体表面张力的实验改进[J].药学教育，2012，28（6）：51-53.

[3]潘湛昌，苏小辉，张环华，胡光辉，魏志刚.最大气泡法测定液体表面张力实验装置的改进[J].实验室研究与探索，2011，30（12）：31-33.

[4]吴世彪，徐玲，王颖，陈艳.最大气泡法测定液体表面张力实验数据处理的改良[J].中国现代教育装备，2010（5）：65-66.