“溶液表面张力测定”是现阶段最重要的物理化学实验之一，该实验有助于学生理解溶液表面张力概念及掌握相关界面现象知识.

       本文拟结合溶液表面张力测定实验原理，剖析该实验设计的结构缺陷.

 1. 实验原理

        实验前准备9个浓度依次为0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.16及0.20mol·dm^-3的正丁醇水溶液，用最大气泡压力法测定各溶液的表面张力.

      需指出蒸馏水即为浓度为0的溶液，它为该实验的标准物质. 

      实验过程，通过“滴水”操作使待测液间断产生气泡，每个气泡均经历由小变大，最终破裂过程；另气泡所承受的附加压力可连续监测.

      拉普拉斯方程  Δp_max=2γ/R                    （1）

      式（1）中，Δp_max代表气泡所承受的最大附加压力；γ为待测液的表面张力；R为弯曲液面的曲率半径.

      由于气泡是动态的，形状也不是标准球形，曲率半径通常不能准确测定.

      式（1）可变形为：γ=K·Δp_max             （2）

      式（2）中K称仪器常数，其值可由标准物质——蒸馏水测出.

      蒸馏水的表面张力数据可由热力学数据手册^[1]查出; 实验测出蒸馏水的Δp_max，两者相除即可得到仪器常数K； 用K乘以Δp_max，即可得各待测液的表面张力.

 2.结构缺陷

  2.1 气泡的曲率半径

       弯曲液面有凸液面及凹液面两种类型，液滴为凸液面，曲率半径取正值；气泡为凹液面，曲率半径应取负值. 

       由式（1）可知：气泡半径越大，曲率半径越小，气泡所承受的附加压力值越大. 实验进程可清晰观察到气泡半径最大时，承受的附加压力值最大, 这与现阶段各类物化实验教材矛盾.

 2.2 蒸馏水的表面张力

       工具书中蒸馏水的表面张力数据是由拉脱法获取.

       拉脱法在测量蒸馏水的表面张力时，外力逐渐增大，直至液膜破裂，此时γ=F_max/2L  （3）

       式（3）中γ代表蒸馏水的表面张力（系数），L 代表金属框的边长，F_max代表液膜破裂时的最大拉力.

       拉脱法是力学测量方法，与表面张力的热力学测量原理无关.

      “溶液表面张力测定”用一个与热力学无关的（蒸馏水）表面张力数据做基准，获取仪器常数，进而得到其它物质的表面张力数据，因而有理由质疑现有热力学表面张力数据的客观性.

 3. 结论

 ⑴气泡半径最大时，承受的附加压力值最大；

 ⑵拉脱法与热力学无关, 现有热力学表面张力数据存疑.

参考文献

[1]Lide D R. CRC Handbook of Chemistry and Physics. 97th ed. Ohio: Chemical Rubber Co,2016,7.