最大气泡法测定表面张力
【目的要求】
1．了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系。
2. 掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。
3. 通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇分子的横载面积。
4.学会以镜面法作切线，并利用吉布斯吸附公式计算不同浓度下正丁醇溶液的表面吸附量。
5.求正丁醇分子截面积和饱和吸附分子层厚度。
【基本原理】
衡的。可是在液体表面层的分子却不相同。因为
表面层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子
的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸
引，而且前者的作用要比后者大。因此在液体表
面层中，每个分子都受到垂直于液面并指向液体
内部的不平衡力（如图1所示）。
这种吸引力使表面上的分子向内挤促成液
图1 分子间作用力示意图
体的最小面积。要使液体的表面积增大就必须要
反抗分子的内向力而作功增加分子的位能。所以
说分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这
位能就是表面自由能。通常把增大一平方米表面
所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自
由能的变化值ΔG称为单位表面的表面能其单位
为J．m-3。而把液体限制其表面及力图使它收缩
的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力，
其单位是N.m-1。
液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值
上是相等的。欲使液体表面积加△S时，所消耗
的可逆功A为：
－Ａ＝ΔG＝σΔＳ
液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。液体的表面张力也与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化，。根据能量最低原理，若溶液质能降低溶剂的表面张力，则表面层溶质的浓度应比溶液内部的浓度大；如果所加溶质能使溶剂的表面张力增加，那么，表面层溶液质的浓度应比内部低。这种现象为溶液的表面吸附。用吉布斯公式(Gibbs)表示：
(1)式
式中，Г为表面吸附量(mol.m-2)；σ为表面张力（J.m-2）；Ｔ为绝对温度（Ｋ）；Ｃ为溶
液浓度（mol/L）；表示在一定温度下表面张力随浓度的改变率。
< 0，Г>0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附作用。
>0，Г<0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度小于内部的浓度，
称为负吸附作用。
可见，通过测定溶液的浓度随表面张力的变化关系可以求得不同浓度下溶液的表面吸附量。
吸附量与浓度之间的关系可以用Langmuir等温吸附方程式表示：
(２)式
式中，Г表示吸附量，通常指单位质量吸附剂上吸附溶质的摩尔数;Г∞表示饱和吸附量;C 表示吸附平衡时溶液的浓度;K为常数。将(2)式整理可得如下形式:
(３)式
作C/Г～C图，得一直线，由此直线的斜率和截距可求常数Г∞和K。
如果以N代表1m2表面层的分子数，则: N=Г∞NA式中,NA为Avogadro常数
则每个分子的截面积A∞为：(４)式
图2是最大气泡法测定表面张力的装置。
图2 最大气泡法表面张力测定装置
1-抽气瓶，2-支管试管，3-毛细管，4-恒温槽，5-压差计
待测液体置于支管试管中，使毛细管端面
与液面相切，液面随着毛细管上升至一定高度。
打开滴液漏斗缓慢抽气。此时，由于毛细管液
面所受压力大于支管试管液压力（即有一压力
差产生——附加压力ΔＰ=Ｐ大气-Ｐ系统)，当在
毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液
体的表面张力时，毛细管液面不断下降，气泡
就从毛细管口脱出。如图3所示。
毛细管内液面上受到一个比支管试管中液
面上大的压力，当此压力差——附加压力(Δp=p
大气-p系统)在毛细管端面上产生的作用力稍大
于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细
管口脱出，此附加压力与表面张力成正比，与
气泡的曲率半径成反比，其关系式为:
△P＝２σ／Ｒ(５)式
图3气泡形成过程
如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本
上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是
平的，这时曲率半径最大;随着气泡的形成，曲
率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率
半径R和毛细管半径r相等，曲率半径达最小值，
根据上式这时附加压力达最大值。气泡进一步
长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。
根据上式，R=r时的最大附加压力为：
△Pmax＝△Pr = P0-Pr＝２σ／r(６)式
实际测量时，使毛细管端刚与液面接触，则可忽略气泡鼓泡所需克服的静压力，这样就可直接用上式进行计算。
实验中最大压力差可用Ｕ型压力计中液柱差表示。当用密度为ρ的液体作压力计介质时，测得与Δpmax相对应的最大压力差为Δhmax，则:
△Pmax＝ρgΔhmax(７)式
由(６)式和(７)式可得用压力差表示的表面张力测定方程：
σ＝rρgΔhmax/2 = K'Δhmax(８)式
在实验中，使用同一支毛细管和压力计，1/2rρg为常数（仪器常数），用K’表示。
用已知表面张力的液体作为标准，可以测得仪器常数K，从而可以测定其它求知液体的表面张力。
【仪器和试剂】
1.仪器：恒温槽装置；数字压力计（或U型管压差计）；抽气瓶l个；支管试管（φ25×20cm）
毛细管（0.2～0.3mm）1支；烧杯（250mL）；T形管1个
2.药品：无水乙醇（ＡＲ）去离子水
【实验步骤】
１、标准溶液测定工作曲线
依右表配制一系列乙醇溶液，测定相应的折光率。
2、仪器常数的测定
将支管试管和毛细管清洗干净。在干净的支管试管装入１5mL 去离子水，使毛细管上端塞子塞紧时毛细管刚好与液面垂直相切。抽气瓶装满水，连接好后旋开下端活塞使水缓慢滴出。控制流速使气泡从毛细管平稳脱出（每分钟约10个气泡），记录气泡脱出瞬间数字压力计的数值，至少三次并取平均值，作为最大压差。根据式 K=σ /△hm 计算出仪器常数K 的值。
3、测定乙醇溶液的表面张力
在上述体系中，用移液管每次加入1，1，1，2，2，2，3，3，3mL 乙醇，混合体系，使溶液浓度量均匀；然后调节液面与毛细管端相切，用测定仪器常数的方法测定压力计的压力差；测定完毕，用滴管吸取一滴溶液测定相应的折光率。 【数据记录与处理】 实验数据处理要求:
测定乙醇水溶液不同浓度下形成气泡时的最大压差，测定溶液的表面张力，并根据吉布斯吸附等温式（右式）进一步讨论吸附量与浓度的关系，由最大吸附量推算溶质分子
截面积。处理数据是本实验数据处理的关键
实验数据记录
室温： ℃ 溶液温度： ℃ 大气压力： pa 1.标准溶液测定工作曲线——将实验数据记录并绘制标准工作曲线 nD ～C(V%) 表１ 工作曲线数据记录
2.由表２数据做图，得出水的表面张力与温度的关系曲线，从图中查出相应实验温度下的的表面张力，计算仪器常数K'
压力差:Δh1=cm;Δh2＝cm;Δh3=cm；
Δh平均= cm;K'=Δh平均/σ=。
3.从标准工作曲线上，查出相对应的各乙醇溶液的浓度C(V%),并按(８)式计算不同浓度的乙醇溶液的表面张力σ
表３表面张力与浓度关系数据记录及处理
C/Г
4.作σ～Ｃ曲线，在曲线上取10个点，分别作出切线，求出相应的斜率(或用origin作图求取相应的斜率)。根据(9)式，
计算各浓度吸附量Г、C/Г，将计算结果填入表３中。
１）、手工作图法：
图4 表面张力与浓度实验点关系图图５做图求取的方法示意图（1）将实验点连成平滑的曲线（图５）；
（2）过曲线上点作曲线的切线（图５）；
（3）由切线的斜率得到偏导数的值。方法如下：
在σ～c曲线上任找一点a，过a点作切线ab，此点的斜率m为:
(9)式
２）、origin作图法：
显然，手工作图法会有很大的随意性和误差，运用origin拟合曲线方便、客观，避免了手工作图的人为误差
origin绘图程序对该实验数据点进行2阶多项式拟合效果。拟合结果如下
相应的拟合方程为：
σ = A + B1*Ｃ+ B2*Ｃ；
求该拟合方程的微分多项
式得：
＝B1+２B2*
Ｃ
将不同c值代入即可计算该
浓度时的
5.作C/Г～C图，得一直线，
由此直线的斜率和截距可
求常数Г∞和K
6.计算每个分子的截面积A∞
【思考与讨论】
1.毛细管尖端为何必须调节得恰与液面相切?否则对实验有何影响?
2.最大气泡法测定表面张力时为什么要读最大压力差?如果气泡逸出的很快，或几个气泡一齐出，对实验结果有无影响?
3. 温度和压强的变化对测定结果有何影响？
4. 浓度的误差对σ-c曲线有何影响？
5. 对同一试样进行测定时，每次脱出气泡一个或连串两个所读结果是否相同，为什么？【注意事项】
1.仪器系统不能漏气。
2.所用毛细管必须干净、干燥，应保持垂直，其管口刚好与液面相切。
3.读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。
最大气泡法实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除最大气泡法实验报告 篇一：最大气泡法测表面张力实验报告 最大气泡法测定溶液的表面张力 【实验目的】 1、掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。 2、了解弯曲液面下产生附加压力的本质，熟悉拉普拉斯方程，吉布斯吸附等温式，了解兰格缪尔单分子层吸附公式的应用。 3、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算饱和吸附量,由表面张力的实验数据求正丁醇分子的截面积及吸附层的厚度。 【实验原理】 1、表面张力的产生 纯液体和其蒸气组成的体系体相分子：自由移动不消耗功。表面分子：液体有自动收缩表面而呈球形的趋势。要使液体表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功以增加
分子位能。所以分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。 ?w=???A 如果ΔA为1m2，则-w′=σ是在恒温恒压下形成1m2新表面所需的可逆功，所以σ称为比表面吉布斯自由能，其单位为J·m-2。也可将σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为表面张力，其单位是n·m-1。液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。 2、弯曲液面下的附加压力 （1）在任何两相界面处都存在表面张力。表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向使表面积缩小的一侧。 （2）液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。 （3）液体的表面张力与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。（4）由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。3、毛细现象 （1）由于表面张力的作用，弯曲表面下的液体或气体与在平面下情况不同，前者受到附加的压力。
表面张力的测量方法
表面张力的测量方法 英才学院 1236305 张雍淋 6121810519 液体表面张力测量在化学、医药、生物工程等领域具有重要意义， 根据液体表面张力的大小可以确定表面活性并计算表面活性剂在溶液表面的吸附量；在合金液体体系中，借助于表面张力还可以评价金相组织及孕育效果等重要参数。目前，测量液体表面张力系数有毛细上升法、最大气泡压力法、液滴法等。 1. 毛细上升法 这个方法，研究的比较早，在理论和实际上都比较成熟。如图 1所示，干净的毛细管浸入液体内部时，如果液体间的分子力小于液体与管壁间的附着力，则液体表面呈凹形。此时表面张力产生的附加力为向上的拉力，并使毛细管内的液面上升, 直到液柱的重力与表面张 力相平衡。 图 1 212cos ()g r r gh πσθπρρ=- 1()2cos g ghr ρρσθ-=
其中：σ—液体的表面张力；r-毛细管的内径；θ-接触角； ρ 1ρ-液体和气体的密度；h-液柱的高度；g-当地的重力加速度。在 和 g 实际应用中一般用透明的玻璃管，如果玻璃被液体完全润湿,可以近似的认为θ= 0。 毛细上升法是测定表面张力最准确的一种方法，国际上也一直用此方法测得的数据作为标准。应用此方法时，要注意选择管径均匀, 透明干净的毛细管，并对毛细管直径进行仔细的标定；毛细管要经过仔细彻底的清洗，毛细管浸入液体时要与液面垂直。 2.最大气泡压力法 如图 2 所示，向插入液体的毛细管轻轻的吹入惰性气体(如 N 2等)。如果选用的毛细管半径很小，在管口形成的气泡基本上是球形的。并且当气泡为半球时，球的半径最小等于毛细管半径 r ；在其前后曲率半径都比r大，如图2 所示。当气泡为半球时，泡内的压力最大，管内外最大压差可由差压计测量得到。 图2
最大气泡法测表面张力
最大气泡法测表面张力
液体的表面张力的一些影响因素： 液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。 液体的表面张力与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。 附加压力与表面张力的关系用拉普拉斯方程表示：（表面张力的公式）式中σ为表面张力，R为弯曲表面的曲率半径，该公式是拉普拉斯方程的特殊式，适用于当弯曲表面刚好为半球形的情况。 毛细现象： ●毛细现象则是弯曲液面下具有附加压力的直接结果。假设溶液 在毛细管表面完全润湿，且液面为半球形，则由拉普拉斯方程以及毛细管中升高（或降低）的液柱高度所产生的压力?P = ρ g h，通过测量液柱高度即可求出液体的表面张力。 ●这就是毛细管上升法测定溶液表面张力的原理。 ●此方法要求管壁能被液体完全润湿，且液面呈半球形。 实际上，最大泡压法测定溶液的表面张力是毛细管上升法的一个逆过程。其装置图如图所示，将待测表面张力的液体装于表面张力仪中，使毛细管的端面与液面相切，由于毛细现象液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，系统减压，毛细管内液面上受到一个比表面张力仪瓶中液面上（即系统）大的压力，当
此压力差——附加压力(Δp ＝p大气－p系统) 在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱出，此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为拉普拉斯公式： 在定温下纯液体的表面张力为定值，只能依靠缩小表面积来降低自身的能量。而对于溶液，既可以改变其表面张力，也可以减小其面积来降低溶液表面的能量。通常以降低溶液表面张力的方法来降低溶液表面的能量。
最大气泡压力法测定溶液表面张力.
物理化学实验最大气泡压力法测定溶液表面张力C210 2010-04-12 T=286.15K P=85.02kPa 一、实验目的 1.掌握最大气泡法测定溶液表面张力的原理和方法 2.测水溶液的表面张力并计算定不同浓度正丁醇计算吸附量 3.加深对表面张力、表面自由能、表面张力和吸附量关系的理解 二、实验原理 处于溶液表面的分子,受到不平衡的分子间力的作 用而具有表面张力s. 气泡最大压力法测定表面张力装置见实物；实验中 通过滴水瓶滴水抽气使得体系压力下降，大气压与体系 压力差△p逐渐把毛细管中的液面压至管口，形成气泡。 如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的； 当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最 大;随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球 形，这时曲率半径R和毛细管半径r相等，曲率半径达 最小值，根据拉普拉斯公式得:附加压力达最大值ΔP max =σ/r min。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小， 直到气泡逸出。 加入表面活性物质时溶液的表面张力会下降,溶质 在表面的浓度大于其在本体的浓度,此现象称为表面吸 附现象; 单位溶液表面积上溶质的过剩量称为表面吸附量Γ, Γ=-(c/RT)*( dσ/dc). 对可形成单分子层吸附的表面活性物质，溶液的表面吸附量Γ与溶液本体浓度c之间的关系符合朗格谬尔吸附等温式: Γ=Γ∞*kc/1+kc 朗格谬尔吸附等温式的线性形式为: c/Γ=c/Γ∞+1/kΓ∞ Γ∞为饱和吸附时,单位溶液表面积上吸附的溶质的物质的量，则每个溶质分子在溶液表面上的吸附截面积为:A m=1/(N A*Γ∞) 三、仪器与试剂 恒温槽装置；数字式微压差计； 抽气瓶l个；表面张力测定仪 烧杯（1000mL）；T形管1个； 电导水； 正丁醇（A.R.）及其不同浓度的标准溶液； 四、实验步骤 1．仪器常数的测定 将表面张力测定仪清洗干净；在干净的表面张力测定仪中装入电导水，使毛细管上端塞子塞紧时，毛细管刚好与液面垂直相切；抽气瓶装满水，连接好后旋开下端活塞使水缓慢滴出；控制流速使气泡从毛细管平稳脱出（每个气泡4-6秒），记录气泡脱出瞬间数字微压差计的最大数值，取三次并求平均值。 2.测定正丁醇溶液的表面张力 用同样的方法测定不同浓度的正丁醇溶液的最大压差，由稀到浓依次测定；每个浓度的溶液测量前，表面张力测定仪和毛细管一起用该溶液荡洗二至三次；每份溶液恒温至少3－5min之后，开始读数。 3. 重复测定电导水的数据。 注意事项:仪器系统不能漏气；测定用的毛细管一定要洗干净，否则气泡可能不能连续稳定的流过，而使压差计读数不稳定，如发生此种现象，毛细管应重洗；毛细管端口一定要刚好垂直切入液面，不能离开液面，但亦不可深插；在数字式微压差测量仪上，应读出气泡单个逸出是的最大压力差；正丁醇溶液要准确配置，使用过程防止挥发损失；从毛细管口脱出气泡每次应为一个，即间断脱出；表面张力和温度有关，因此要等溶液恒温后再测量。
实验七-最大气泡压力法测定溶液表面张力
一、实验目的 1．掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理与技术。 2．通过对不同浓度乙醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能、表面张力与吸附量关系的理解。 二、实验原理 1、在一定温度下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时，表面张力发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质与加入量的多少。根据能量最低原理，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低，这种表面浓度与内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。在指定的温度与压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度之间的关系遵循吉布斯吸附等温式： Γ = –（c/RT）*（dγ/dc）① 式中，Г为溶液在表层的吸附量；γ为表面张力；c为吸附达到平衡时溶液在介质中的浓度。 根据朗格谬尔（Langmuir）公式： Γ =Γ∞Kc/（1＋Kc）② Γ∞为饱与吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的Γ∞ c/Γ =（1＋Kc）/（Γ∞K）= c/Γ∞＋1/Γ∞K ③ 以c/Г对c作图，则图中该直线斜率为1/Г∞。 由所得的Г∞代入A m=1/Г∞L可求被吸附分子的截面积（L为阿伏伽德罗常数）。 2、本实验用气泡最大压力法测定溶液的表面张力，其仪器装置如图1所示： 图1、最大气泡压力法测量表面张力的装置示意图 1、恒温套管； 2、毛细管（r在0.15～0.2mm）； 3、U型压力计（内装水）； 4、分液漏斗； 5、吸滤瓶； 6、连接橡皮管。
将待测表面张力的液体装于表面张力仪中，使毛细管的端面与液面相切，液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，毛细管内的液面上受到一个比A瓶中液面上大的压力，当此压力差——附加压力（△P=P大气–P系统）在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱出，此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为： ΔP=2γ/R ④ 式中，ΔP为附加压力；γ为表面张力；R为气泡的曲率半径。 如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大；随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时的曲率半径R与毛细管的半径r相等，曲率半径最小值，根据上式这时附加压力达最大值。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。 根据上式，R=r时的最大附加压力为： ΔP最大= 2γ/r ⑤ 实际测量时，使毛细管端刚与液面接触，则可忽略气泡鼓起所需克服的静压力，这样就可以直接用上式进行计算。 当将其它参数合并为常数K时，则上式变为： γ=KΔP最大⑥ 式中仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。 三、仪器药品 1、仪器：最大泡压法表面张力仪1套，洗耳球1个，移液管(50ml与10ml)各一支，烧杯（500mL）。 2、药品：正丁醇（分析纯），蒸馏水。 四、实验步骤 1、仪器的准备与检漏 将表面张力仪容器与毛细管先用洗液洗净，再顺次用自来水与蒸馏水漂洗，烘干后按图5-9接好，检查是否漏气。 2、仪器常数的测定 调节液面与毛细管相切，并调节分液漏斗，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且速度控制在每分钟形成气泡5~10个（数显微压差测量仪为5~10s），当气泡刚脱离管端的一瞬间，压力计中液位差达到最大值，当显示的最大值比较稳定时，记下数据，重复调节2次并记下相应的数值。再由手册查出实验温度时水的表面张力，求得仪器常数K。 3、表面张力随溶液浓度变化的测定
最大气泡法测表面张力实验报告
最大气泡法测定溶液的表面张力 【实验目的】 1、掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。 2、了解弯曲液面下产生附加压力的本质，熟悉拉普拉斯方程，吉布斯吸附等温式，了解兰格缪尔单分子层吸附公式的应用。 3、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算饱和吸附量, 由表面张力的实验数据求正丁醇分子的截面积及吸附层的厚度。 【实验原理】 1、表面张力的产生 纯液体和其蒸气组成的体系体相分子：自由移动不消耗功。表面分子：液体有自动收缩表面而呈球形的趋势。要使液体表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功以增加分子位能。所以分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。 W=A σ-?g 如果ΔA 为1m 2，则-W ′=σ是在恒温恒压下形成1m 2新表面所需的可逆功，所以σ称 为比表面吉布斯自由能，其单位为J·m -2。也可将σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为表面张力，其单位是N·m -1。液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。 2、弯曲液面下的附加压力 （1）在任何两相界面处都存在表面张力。表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向使表面积缩小的一侧。 （2）液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。 （3）液体的表面张力与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。 （4）由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。 3、毛细现象 （1）由于表面张力的作用，弯曲表面下的液体或气体与在平面下情况不同，前者受到附加的压力。
实验液体的表面张力测定(滴重法)
实验D-13 滴重法测定液体的表面张力 实验目的 用滴重法测量液体的表面张力，学会用校正因子表，迭代计算毛细管的半径。 实验原理 当液体在滴重计(滴重计市售商品名屈氏粘力管)口悬挂尚未下滴时： r ：若液体润湿毛细管时为外半径，若不润湿时应使用内半径。 σ: 液体的表面张力。 m ：液滴质量(一滴液体)。 g ；重力加速度，当采用厘米.克.秒制时为 981cm ／S 2 但从实际观察可知，测量时液滴并未全部落下，有部分收缩回去，故需对上式进行校正： m ’为滴下的每滴液体质量(用分析天平称量)。 f 称为哈金斯校正因子，它是r ／v 1/3 的函数；v 是每滴液体的体积；可由每滴液体的质 量除液体密度得到。在上式中r 和f 是未知数，可采用已知表面张力的液体（如蒸馏水）做实验，采用迭代法得到： 设每滴水质量为m ’，体积为v ；先用游标卡尺量出滴重计管端的外直径D ；可得半 径r 0；用r 0作初值；求得r 0/ v 1/3 ；查哈金斯校正因子表（插值法）得f 1；用水的表面 张力σ和f 1代入12'r f m g πσ=；求的第一次迭代结果r 1；再由r 1/ v 1/3 查表得f 2 ；再代 入： 22'r f m g πσ=求得第二次迭代值r 2，同法再由r 2/ v 1/3 代入查表求f 3 ，这样反复迭代 直至相邻两次迭代值的相对误差：┃（r i-1-r i ）/ r i ┃≤eps （eps 表示所需精度，如1‰）这时的r 就是要求的结果，记录贴在滴重管上的标签上，半径就标定好了。 求得半径r 后，对待测液体只要测得每滴样品重和密度，就可由r/ v 1/3查表得f ；由： 2'r f m g πσ= 就可求得样品的表面张力。 纯水的表面张力见最大泡压法实验；水和酒精的密度数据见恒温技术与粘度实验。 仪器与药品 屈氏粘力管一根。测液体比重用比重瓶一个。游标卡尺一根（公用）。50ml 和100ml 烧杯各一个。酒精，表面活性剂溶液（每组一个，实验室编好号）。 实验步骤 1.用游标卡尺测量滴重计的外半径。测量酒精从上刻度到下刻度滴下液滴的总质量W 和滴数
最大气泡法测表面张力实验数据与处理
五、实验数据记录与处理 室温：24.3℃ 大气压：100.73Pa 1、乙醇水溶液的折光率 利用文献数据作n~c 工作曲线，依据实验测定数据，计算样品的浓度c 。 （1）将25℃时乙醇-水溶液的浓度与折光率关系表（表一），绘制成溶液浓度与折光率的工作曲线（图一）。 25℃恒温水浴下测得水的折射率为：1.3322/1.3323/1.3323 求得平均值为：1.332266667 利用水的折射率校正： n c/(mol/L) 图一 溶液浓度与折光率的工作曲线 （2）实验配制的乙醇溶液折光率数据如表二所示。
（3）将校正后的乙醇的折光率代入拟合直线方程中，得到各乙醇溶液的真实浓度。如表三所示。 2、待测液体的表面力 将实验测得的水和乙醇溶液的最大△P max值代入公式： γ测=（△P max，测*γ水）/△P max，水 （查阅附表，得γ水= 0.07197N/m） 表四待测样品的表面力测定 3、作γ~c曲线，求出各浓度下的斜率。 （1）作γ~c拟合曲线。γ，c的相关数据如表五所示，拟合直线见图二。
γ/(N /m ) c (mol/L) 图二 γ~c 拟合曲线 （2）用origin 作出γ~c 拟合曲线的斜率曲线，如图三所示。 0510 -0.02 -0.01 0.00 D e r i v a t i v e Y 1 Derivative X1 图三 γ~c 拟合曲线的斜率曲线 （3）将各乙醇溶液浓度代入斜率曲线，求出待测样品的(?γ/?c)T ，P 数据。数据见表六。
T ，P 4、利用吉布斯吸附等温方程式，计算出各溶液的Γ。 Gibbs 公式： Γ=P T c ,)(RT c -??γ 其中，R=8.314J/(mol*K), T=25.0+273.15=298.15K 将表六中数据代入公式，求出各溶液的Γ如表七所示。 5、做c/Γ~c 图，求出直线斜率，由斜率求出Γ∞，直线如图三所示。 5.0x101.0x101.5x102.0x102.5x10 3.0x10 c /Γ c (mol/L) 图三 c/Γ~c 图
最大泡压法测定溶液的表面张力
最大泡压法测定溶液的表面张力 一、实验目的 1、掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。 2、了解弯曲液面下产生附加压力的本质，熟悉拉普拉斯方程，吉布斯吸附等温式，了解兰格缪尔单分子层吸附公式的应用。 3、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算饱和吸附量, 由表面张力的实验数据求正丁醇分子的截面积及吸附层的厚度。 二、实验原理 1、表面张力的产生 液体表面层的分子一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，由于前者的作用要比后者大， 因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直 于液面并指向液体内部的不平衡力，如图所 示，这种吸引力使表面上的分子自发向内挤 促成液体的最小面积。 在温度、压力、组成恒定时，每增加单位 表面积，体系的表面自由能的增值称为单位表面的表面能（J·m-2）。若看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（N·m-1）。事实上不仅在气液界面存在表面张力，在任何两相界面都存在表面张力。表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向是表面积缩小的一侧。 液体的表面张力与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。 由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。
2、弯曲液面下的附加压力 静止液体的表面在某些特殊情况下是一个弯曲表面。由于表面张力的作用，弯曲表面下的液体或气体与在平面下情况不同，前者受到附加的压力。 弯曲液体表面平衡时表面张力将产生一合力P s ，而使弯曲液面下的液体所受实际压力与外压力不同。当液面为凹形时，合力指向液体外部，液面下的液体受到的实际压力为： P ' = P o - P s ；当液面为凸形时，合力指向液体内部，液面下的液体受到的实际压力为： P ' = P o + P s 。这一合力P S ，即为弯曲表面受到的附加压力，附加压力的方向总是指向曲率 中心。 附加压力与表面张力的关系用拉普拉斯方程表示：(式中σ为表面张力，R 为弯曲表面的曲率半径，该公式是拉普拉斯方程的特殊式，适用于当弯曲表面刚好为半球形的情况)。 3、毛细现象 毛细现象则是弯曲液面下具有附加压力的直接结果。假设溶液在毛细管表面完全润湿，且液面为半球形，则由拉普拉斯方程以及毛细管中升高（或降低）的液柱高度所产生的压力 P=gh ，通过测量液柱高度即可求出液体的表面张力。这就是毛细管上升法测定溶液表面 张力的原理。 此方法要求管壁能被液体完全润湿，且液面呈半球形。 4、最大泡压法测定溶液的表面张力 实际上，最大泡压法测定溶液的表面张力是毛细管上升法的一个逆过程。其装置图如所示，将待测表面张力的液体装于表面张力仪中，使毛细管的端面与液面相切，由于毛细现象液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，系统减压，毛细管内液面上受到一个比表面张力仪瓶中液面上（即系统）大的压力，当此压力差——附加压力(Δp ＝ p 大气 － p 系统 ) 在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱 出，此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为拉普拉斯公式:R p σ2=?. P s = 2σ R
实验七 最大气泡法测定液体的表面张力
实验七 最大气泡法测定液体的表面张力 卓冶13 李金阳 (一)、实验目的 1．掌握最大气泡法测定液体的表面张力的原理和方法。 2．熟悉表面张力的意义和性质，测定不同浓度液体的表面张力。 3．熟悉表面吸附的性质及与表面张力的关系。 (二)、实验原理 溶剂中加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化，加入表面活性物质（能显著降低溶剂表面张力的物质）则它们在表面层的浓度要大于在溶液内部的浓度，加入非表面活性物质则它们在表面层的浓度比溶液内部低。这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫溶液的吸附。显然，在指定的温度压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。从热力学可知，它们之间的关系遵守吉布斯吸附等温方程： T dc d RT c ??? ??- =Γσ （7—1） 式中：Γ—为溶质在单位面积表面层中的吸附量（mol ·m － 2）； σ—为溶液的表面张力（N ·m －2 ）； c —为溶液浓度（mol ·m －3 ）；； R —气体常数，8.314J ·mol －1·K －1 ； T —为绝对温度（K ）。 当 )/(dc d σ< 0时，Γ > 0，即溶液的表面张力随着溶液浓度的增加而下降时，吸附量为 正值，称为正吸附，反之，当)/(dc d σ> 0时，Γ< 0称为负吸附。吉布斯吸附等温方程式 应用范围很广，但上述形式只适用于稀溶液。通过实验测得不同浓度溶液的表面张力1σ、 2σ……即可求得吸附量Γ。 本实验采用最大气泡压力法测定正丁醇水溶液的表面张力值。试验装置如图（7—1） 所示。 图7—1 表面张力测定装置 1—样品管 2—毛细管 3—压瓶 4—精密数字压力计 5—大气平衡管 6—活塞 图7—2 气泡曲率半径的变化规律 将欲测表面张力的溶液装入样品管中，使毛细管的端口与液面相切，液体即沿毛细管上升，打开减压瓶3的活塞6，使里面的水慢慢的滴出，则系统内的压力慢慢减小，毛细管2液面上受到一个比样品管中液面上大的压力，此时毛细管内液面就会下降，直到在毛细管端面形成一个稳定的气泡。开始时气泡表面很平，曲率半径很大，随着气泡的形成，曲率半
最大气泡法测定溶液中的吸附作用和表面张力的测定精
最大气泡法测定溶液中的吸附作用和表面张力的测定 1.1 实验目的及要求 1.了解表面张力的性质，表面能的意义以及表面张力和吸附的关系。 2.掌握一种测定表面张力的方法——最大气泡法。 3.学会计算乙醇水溶液的表面张力、表面吸附量及乙醇分子的横截面积。 1.2实验原理 1.物体表面分子和内部分子所处的境遇不同，表面层分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。如果把一个分子由内部迁移到表面，而增大表面积就需要对抗拉力而做功。在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面增加dA 所需对体系做的功，叫表面功。可以表示为： -δw '＝σdA (1) 式中σ为比例常数，反映液体表面自动缩小趋势的能力。 显然σ在数值上等于当T 、p 和组成恒定的条件下增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功，也可以说是每增加单位表面积时体系自由能的增加值。环境对体系作的表面功转变为表面层分子比内部分子多余的自由能。因此，σ称为表面自由能，其单位是2 -?m J 。此单位可化为牛顿每米（1 /-m N ），据此可把σ看作是液体表面单位长度上的力，它导致缩小液体的表面积，此力称为表面积张力。表面张力是液体的重要特性之一，与所处的温度、压力、浓度以及共存的另一相的组成有关。纯液体的表面张力通常是指该液体与饱和了其本身蒸气的空气共存的情况而言。 2.液体表面层的组成与内部层相同，因此，纯液体降低体系表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。对于溶液则由于溶质会影响表面张力，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。 根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比溶液内部来得大。反之溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度来得低，这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫“溶液表面的吸附”。显然，在指定温度和压力下，吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。1878年，Gibbs 用热力学的方法推导出它们之间的数量关系式： T dc d RT c ??? ??- =Γσ （2） 式中Γ为溶液在表面层中的吸附量，即表面超量( )3 -?dm mol 单位 ;σ为溶液的表面张力( )2 -?m J ； T 为热力学温度；c 为溶液浓度()3-?dm mol 单位；R 为气体常数。 当0Γ称为正吸附；反之，当0>??? ??T dc d σ时，0<Γ称为负吸附。前者表明加入溶质使液体表面张力下降，此类物质称表面活性物质。后者表明加入溶质使液体表面张力升高，此类物质
实验17液体表面张力的测定dyl一
. . 物理化学实验备课材料 实验17 液体表面力的测定 一、基本介绍 液体的表面力是指液体与它的蒸气成平衡时体系的界面力。液体表面力常常是在空气中测定的。当气相是一个处于低压或中压的惰性气体时，一般液体表面力值与气相的组成几乎无关。液体的表面力，源于液体相界面分子受力不平衡，意为相表面的单位长度收缩力，用“σ"表示，其单位是焦耳/平方米(J·m-2)或牛/米(N·m-1).液体表面力的测定，不仅可以加深对表面力这一物系热力学性质的认识，而且可以研究表面活性剂的表面活性、分子的横截面积、分子长度等。 二、实验目的1、掌握最大气泡法测定表面力的原理，了解影响表面力测定的因素。 2、测定不同浓度正丁醇溶液的表面力，计算吸附量, 由表面力的实验数据求分子的截面积及吸附层的厚度。 三、实验原理 1、溶液中的表面吸附 从热力学观点来看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总自由能减小的过程，欲使液体产生新的表面ΔA，就需对其做功，其大小应与ΔA 成正比： －W′＝σ·ΔA (1) 如果ΔA为1m2，则－W′＝σ是在恒温恒压下形成1m2新表面所需的可逆功，所以σ称为比表面吉布斯自由能，其单位为J·m-2。也可将σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为表面力，其单位是N·m-1。在定温下纯液体的表面力为定值，当加入溶质形成溶液时，表面力发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。根据能量最低原理，溶质能降低溶剂的表面力时，表面层中溶质的浓度比溶液部大；反之，溶质使溶剂的表面力升高时，它在表面层中的浓度比在部的浓度低，这种表面浓度与部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。在指定的温度和压力下，溶质的吸
溶液表面张力的测定(精)
溶液表面张力的测定-最大气泡法 Determination of Surface Tension Using Maxinum Bubble Pressure Method 一、实验目的及要求 1．掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 2. 学会以镜面法作切线，并利用吉布斯吸附公式计算不同浓度下正丁醇溶液的表面吸附量。 3. 求正丁醇分子截面积和饱和吸附分子层厚度。 二、实验原理 在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。可是在液体表面层的分子却不相同。因为表面层的分子，一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到液面外部气体分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指向液体内部的不平衡力（如图1所示）。 这种吸引力使表面上的分子向内挤促成液体的最小面积。要使液体的表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功增加分子的位能。所以说分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的变化值 图1 分子间作用力示意图 ΔG称为单位表面的表面能其单位为J．m-3。而把液体限制其表面及力图使它收缩的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力，其单位是N.m-1。 液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。欲使液体表面积加△S时，所消耗的可逆功A为： 液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。液体的表面张力也与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决 定于溶质的本性和加入量的多少。当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化，。根据能量最低原理，若溶液质能降低溶剂的表面张力，则表面层溶质的浓度应比溶液内部的
最大气泡压力法测定溶液的表面张力题库
宁波工程学院 物理化学实验报告 专业班级化工104班姓名张雅俊序号33 实验日期2012.05.19 同组姓名朱申宇、蒋燕军指导老师付志强、罗丽娟 实验名称最大气泡压力法测定溶液的表面张力 一、实验目的 1、掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技术。 2、通过对不同浓度乙醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能、表面张力 和吸附量关系的理解。 二、实验原理 1、在一定温度下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时，表面张力发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。根据能量最低原理，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低，这种表面浓度与内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度之间的关系遵循吉布斯吸附等温式： Γ = –（c/RT）*（dγ/dc）① 式中，Г为溶液在表层的吸附量；γ为表面张力；c为吸附达到平衡时溶液在介质中的浓度。根据朗格谬尔（Langmuir）公式： Γ =Γ∞Kc/（1＋Kc）② Γ∞为饱和吸附量，即表面被吸附物铺满一层分子时的Γ∞ c/Γ =（1＋Kc）/（Γ∞K）= c/Γ∞＋1/Γ∞K ③ 以c/Г对c作图，则图中该直线斜率为1/Г∞。 由所得的Г∞代入A m=1/Г∞L可求被吸附分子的截面积（L为阿伏伽德罗常数）。 2、本实验用气泡最大压力法测定溶液的表面张力，其仪器装置如图1所示：
图1、最大气泡压力法测量表面张力的装置示意图 1、恒温套管； 2、毛细管（r在0.15～0.2mm）； 3、U型压力计（内装水）； 4、分液漏斗； 5、吸滤瓶； 6、连接橡皮管。 将待测表面张力的液体装于表面张力仪中，使毛细管的端面与液面相切，液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞缓缓抽气，毛细管内的液面上受到一个比A瓶中液面上大的压力，当此压力差——附加压力（△P=P大气–P系统）在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱出，此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为： ΔP=2γ/R ④ 式中，ΔP为附加压力；γ为表面张力；R为气泡的曲率半径。 如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大；随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时的曲率半径R和毛细管的半径r相等，曲率半径最小值，根据上式这时附加压力达最大值。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。 根据上式，R=r时的最大附加压力为： ΔP最大= 2γ/r ⑤ 实际测量时，使毛细管端刚与液面接触，则可忽略气泡鼓起所需克服的静压力，这样就可以直接用上式进行计算。 当将其它参数合并为常数K时，则上式变为： γ=KΔP最大⑥ 式中仪器常数K可用已知表面张力的标准物质测得。 三、实验仪器、试剂 1、仪器：最大泡压法表面张力仪1套，洗耳球1个，移液管(50ml和10ml)各一支，烧杯（500mL）。 2、药品：正丁醇（分析纯），蒸馏水。 四、实验步骤 1、仪器的准备与检漏 将表面张力仪容器和毛细管先用洗液洗净，再顺次用自来水和蒸馏水漂洗，烘干后按图5-9接好，检查是否漏气。
最大气泡法测定表面张力
【目的要求】 1. 了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系。 2. 掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 3. 通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇分子的横载面积。 4. 学会以镜面法作切线，并利用吉布斯吸附公式计算不同浓度下正丁醇溶液的表面吸附量。 5. 求正丁醇分子截面积和饱和吸附分子层厚度。 【基本原理】 在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。可 是在液体表面层的分子却不相同。因为表面层的分子， 一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到 液面外部气体分子的吸弓I,而且前者的作用要比后者大。 因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指 向液体内部的不平衡力（如图1所示）。 这种吸引力使表面上的分子向内挤促成液 体的最小面积。要使液体的表面积增大就必须要 图1分子间作用力示意图 反抗分子的内向力而作功增加分子的位能。所以 说分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的变化值ΔG称为单位表面的表面能其单位为J. m-3。而把液体限制其表面及力图使它收缩的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力， 其单位是N.m-1。 液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。欲使液体表面积加△S时，所消耗 的可逆功A为： -A= ΔG= σΔS 液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体 不分，表面张力趋近于零。液体的表面张力也与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化，。根据能量最低原理，若溶液质能降 低溶剂的表面张力，则表面层溶质的浓度应比溶液内部的浓度大；如果所加溶质能使溶剂的 表面张力增加，那么，表面层溶液质的浓度应比内部低。这种现象为溶液的表面吸附。用吉布斯公式（GibbS）表示： ⑴式 式中，Γ为表面吸附量（mol.m-2）; σ为表面张力（J.m-2）; T为绝对温度（K） ;C为溶液浓度（mol/L ）; 表示在一定温度下表面张力随浓度的改变率。
用拉脱法测定液体的表面张力系数实验
实验二、用拉脱法测定液体的表面张力系数 液体表层厚度约m 10 10 -内的分子所处的条件与液体内部不同，液体内部每一分子被 周围其它分子所包围，分子所受的作用力合力为零。由于液体表面上方接触的气体分子，其密度远小于液体分子密度，因此液面每一分子受到向外的引力比向内的引力要小得多，也就是说所受的合力不为零，力的方向是垂直与液面并指向液体内部，该力使液体表面收缩，直至达到动态平衡。因此，在宏观上，液体具有尽量缩小其表面积的趋势，液体表面好象一张拉紧了的橡皮膜。这种沿着液体表面的、收缩表面的力称为表面张力。表面张力能说明液体的许多现象，例如润湿现象、毛细管现象及泡沫的形成等。在工业生产和科学研究中常常要涉及到液体特有的性质和现象。比如化工生产中液体的传输过程、药物制备过程及生物工程研究领域中关于动、植物体内液体的运动与平衡等问题。因此，了解液体表面性质和现象，掌握测定液体表面张力系数的方法是具有重要实际意义的。测定液体表面张力系数的方法通常有：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。本实验仅介绍拉脱法。拉脱法是一种直接测定法。 【实验目的】 1．了解737FB 新型焦利氏秤实验仪的基本结构，掌握用标准砝码对测量仪进行定标的方法； 2．观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象,并用物理学基本概念和定律进行分析和研究,加深对物理规律的认识。 3．掌握用拉脱法测定纯水的表面张力系数及用逐差法处理数据。 【实验原理】 1．测量公式推导： 当逐渐拉提冂形铝片框时，?角逐渐变小而接近为零，这时所拉出的液膜前后两个表面的表面张力f 均垂直向下。设拉起液膜将破裂时的拉力为F ，则有 f 2 g )m m (F 0+?+= （1） 式中：m 为粘附在框上的液膜质量，0m 为线框质量。因表面张力的大小与接触面周界长度成正比，则有： )d L (2f 2+?α= （2） 比例系数α称表面张力系数，单位为m /N 。 由（1），（2）式得： ) d L (2g )m m (F 0+?+-= α （3） 由于冂形铝片框很薄，被拉起的水膜很薄，m 较小，可以将其忽略，且一般有d L >>，那么L d L ≈+，于是（3）式可以简化为 ： L 2g m F 0?-= α （4）
液体表面张力系数的测定doc.DOC
佛山科学技术学院实验室开放基金项目 研究报告 项目名称：液体表面张力系数的测定 申请者：李京玲吕咏思朱家欢蔡小玲朱绍进刘本明所在学院：理学院 指导老师： 类别： ■自然科学类学术论文 ?哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 ?科技发明制作A □科技发明制作B
液体表面张力系数的测定 姓名：李京玲吕咏思朱家欢蔡小玲朱绍进刘本明班级：10物理学（师范） 摘要： 关键词：液体表面张力 引言 有时候，我们会觉得很奇怪，为什么有的笑昆虫能在液体上自由自在的行走？为什么银针能在水面上浮着而不沉下去呢？为什么少量水银在干净的玻璃版上会收缩成球冠状，而水却会扩张开来？等等的这些原因，激起我们想要研究液体表面张力的动力。 【实验目的】 1.掌握用焦利秤测量微小力的原理和方法。 2.用拉脱法测量室温下水的表面张力系数。 【实验仪器】 约利弹簧秤、砝码、烧杯、金属框、游标卡尺等。 【实验原理】 液体分子之间存在分子力，其有效作用半径约10-8cm。液体表面层内的分子所处的环境和液体内部分子不同。液体内部每个分子四周都被同类的其他分子所包围，它受到周围分子的合力为零。但处于液体表面层内的分子，由于液体上方为气相，分子数很少，因而表面层内每个分子受到向上的引力比向下的引力少，合力不为零，即液体表面处于张力状态。表面分子有从液面挤入液体内部的倾向，使液面自然收缩，直到处于动态平衡，即在同一时间内脱离液面挤入液体内部的分子数和因热运动而到达液面的分子数相等为止。因而，在没有外力作用时液滴总是呈球形，即是其表面积缩到最小。 表面张力的大小可以用表面张力系数来描述。 设在液面上作一厂为L的线段，此线段两侧的液体之间存在着互相牵引的力f，这种力的方向恒与线段垂直，大小与线段长度L成正比，即 F=ɑL (1) 其比例系数ɑ为液体表面张力系数，定义为作用在单位长度上的表面张力，单位为N/m。实验证明，表面张力系数ɑ的大小与液体的种类、纯度、温度和它上方的气体成分有关，温度越高，液体中所含杂质越多，则表面张力系数越小。
利用滴重法测定液体表面张力
摘要 本文论述了用滴重法测定液体表面张力的基本原理、测定装置、测试步骤和该方法的应用特点。 Abstract: The basic principle, device and method for measuring liquid surface tension with the drop weight method are reviewed in this paper. Besides, the application features of this method are introduced. 关键词 液体表面张力 滴重法 Keywords Liquid surface tension; Drop weight method 前言 表面张力的知识对基础科学研究和生产应用都具有重要意义。它决定了很多工业生产的质量，例如：食品、农业化学制品、药品的生产和冶金[1]、炼钢等等。人们针对表面张力也做了大量的研究，很多发达国家将表面张力测定作为检测和控制环境污染的标准程序之一。 滴重法是一种较好的测定表面张力的方法，此方法操作简单，温度控制方便，试样尺寸小，再现性好，而且能够测量液-气界面和液-液界面的张力。在适当的条件下，滴重法的精度可以达到±m 。 测量原理 图1 滴重法示意图 如图1所示，对于液体从很细的管口中缓慢滴出的过程，液滴在表面张力的支撑下缓慢长大，当重量比表面张力稍大时，液滴就将落下来。设管口的半径为r ，落下的液滴质量为m ，其表面张力为σ，当重力加速度为g ，则可以得到： σr mg 2π= (1) 但实际过程并不是这么简单，当液滴落下时，首先式中部变细，大部分落下来，剩下的一部分变成小液滴，接着落下来。即使采用毛细管，应用公式(1)也会产生很大的误差，因此Harkins 就引入了校正因子f ，则更精确的表面张力可以表示为： rf mg σ2π= (2) 其中f 与液滴的大小V 和管口的半径r 有关，根据f 与3/1V r 的关系，可以从表中查得相应的修正系数[2]。
最大泡压法测定
数据记录参考格式（计算时注意单位换算） 温度： 24℃水的表面张力：0.07218N/m 仪器常数K：0.1104 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.654 0.604 0.55 0.486 0.403 0.346 0.29 0.07191 0.05568 276 0.05070 45 0.04480 434 0.03715 257 0.03189 774 0.0267351 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.07191 0.05568 3 0.05070 5 0.04480 4 0.03715 3 0.03189 8 0.026735 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 -0.2153 -0.18997 -0.1646 4 -0.1393 1 -0.1139 8 -0.0886 5 -0.0633 2 0 3.831400 4465E-06 6.64106 7216E-0 6 8.42900 03085E- 06 9.19519 9724E-0 6 8.93966 54625E- 06 7.66239 7524E-0 6 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 3.81E-0 6 6.64E-0 6 8.43E-0 6 9.20E-0 6 8.94E-0 6 7.66E-06
六．注意事项: 1．所用毛细管必须干净、干燥，应保持垂直，其管口刚好与液面相切。 2．读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。 3．手动做切线时，可用镜面法。 七．思考题: 1．毛细管尖端为何必须调节得恰与液面相切? 如果毛细管端口插入液面有一定深度，对实验数据有何影响？ 答：如果将毛细管末端插入到溶液内部，毛细管内会有一段水柱，产生压力P ˊ，则测定管中的压力Pr会变小，△pmax会变大，测量结果偏大。 2．最大泡压法测定表面张力时为什么要读最大压力差？如果气泡逸出的很快，或几个气泡一齐出，对实验结果有无影响？ 答：如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大；随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径R和毛细管半径r相等，曲率半径达最小值，根据拉普拉斯(Laplace)公式，此时能承受的压力差为最大：△pmax = p0 - pr = 2σ/γ。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出。最大压力差可通过数字式微压差测量仪得到。 如气泡逸出速度速度太快，气泡的形成与逸出速度快而不稳定；致使压力计的读数不稳定，不易观察出其最高点而起到较大的误差。 3．本实验为何要测定仪器常数？仪器常数与温度有关系吗？ 答：因为用同一支毛细管测两种不同液体，其表面张力为γ1，γ2，压力计测得压力差分别为△P1，△P2，则γ1/γ2=△P1/△P2 ，若其中一液体γ1已知，则γ2=K×△P2其中K=γ1/△P1，试验中测得水的表面张力γ1，就能求出系列正丁醇的表面张力。 温度越高，仪器常数就越小 实验总结： 通过本次试验我基本掌握了实验仪器的基本操作！增强了实验数据的分析处理！