实验十一 最大气泡法测定溶液的表面张力..
实验十一最大气泡法测定溶液的表面张力
11.1实验目的
11.1.1测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和正丁醇分子的横截面积；
11.1.2了解表面张力的性质，表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系；11.1.3 掌握用最大泡压法测定表面张力的原理和技术。
11.2实验原理
11.2.1表面自由能
物体表面分子和内部分子所处的境遇不同，表面分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小趋势。如果把一个分子由内部迁移到表面，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d A所需做的功，叫表面功，可表示为：
-δW′= σdA (11.1) 式中，σ为比例常数。
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J·m-2。若把σ看作为作用于每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。
从另外一方面考虑表面现象，特别是观察气液界面的一些现象，可以觉察到表面上处处存在着一种张力，它力图缩小表面积，此力称为表面张力，其单位是N·m-1。表面张力是液体的搬弄是重要特性之一。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。
11.2.2溶液的表面吸附
纯液体表面层的组成与内部组成层相同，因此，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的内部来得大；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做溶液的表面吸附。从热力学方法可知它们之间的关系遵守Gibbs 吸附方程：
(11.2)
式中：
Γ— 表面吸附量(mol·m -2 ) σ— 溶液表面张力(N·m -1)
T — 热力学温度(K) c — 溶液浓度(mol·m -3 )
R — 气体常数(8.3145J .K -1.mol -1)。
以表面张力σ对溶液浓度c 作图，可得到σ—c 曲线，在σ—c 曲线上任选一点I 作切线，即可得该点所对应浓度c i 的斜率(d σ/d c i )T ,可求得不同浓度下的Γ值和得出Γ—c 的关系图。
在一定的温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir 等温式表示：
(11.3)
式中：
Γ∞— 表面饱和吸附量(mol·m -2 )
K — 经验常数(与溶质的表面活性大小有关) 将(11.3)式转化成直线方程为：
(11.4)
若以c /Γ~c 作图可得一直线，由直线斜率可求出Γ∞。
假若在饱和吸附的情况下，在气液界面上铺满一单分子层，则可应用下式求得被测物质的分子横截面积S 0：
(11.5)
式中 为阿佛加德罗常数(6.022×1023mol -1)。 11.2.3 最大泡压法
T
c RT c Γ?
??
????-
=σKc
Kc
ΓΓ+=∞
1∞
∞+
=K ΓΓc Γc 1
∞
=ΓN S ~
1
0N ~
将被测液体装于测定管中，使玻璃管下端毛细管端面与液面相切，液面沿毛细管上升。打开分液漏斗的活塞，使水缓慢下滴而减少系统压力。这样毛细管内液面受到一比试管中液面上大的压力，当此压力差在毛细管端面上产生的作用力大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口逸出，这一最大压力差可由数字式微压差测量仪读出。其关系式为：
p max= p大气- p系统=?p (11.6)
如果毛细管半径为r，气泡由毛细管口逸出时受到向下的总压力为πr2p max。
气泡在毛细管受到的表面张力引起的作用力为2πrσ。刚发生气泡自毛细管逸出时，上述两力相等，即：
πr2p max=πr2?p =2πrσ(11.7)
σ=r?p /2(11.8) 若用同一根毛细管，对两种具有表面张力为σ1和σ2的液体而言，则有下列关系：σ1=σ2?p1/?p2=K?p1 (11.9)
式中K为仪器常数。
11.3实验仪器和试剂
恒温装置1套
带有支管的试管(附木塞) 1支
毛细管(半径为0.15~0.02mm) 1根
容量瓶(50mL) 8只
数字式微压差测量仪1台
烧杯(200mL) 1只
洗耳球1个
移液管1支
滴管1支
正丁醇（分析纯）
10.4实验步骤
11.4.1 将仪器洗涤干净并按图Ⅱ-11-1装置。对需干燥的仪器作干燥处理。
11.4.2 调节恒温为30℃。
11.4.3正丁醇溶液配制：分别准确配制0.02、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.35mol.dm-3正丁醇溶液各100mL。(注：纯正丁醇的加入量分别为：0.1482、0.3706、0.7412、1.1118、1.4812、1.8530、2.2236、2.5942g，加水至近100mL，在30℃恒温15min，用30℃恒温的蒸馏水加至100.00mL刻度)。
11.4.4仪器常数测定：先以蒸馏水作为待测液测定其仪器常数。方法是在测定管中注入蒸馏水，将干燥的毛细管垂直地插到使毛细管的端点刚好与水面相切，置于恒温水浴内恒温10min。注意使毛细管保持垂直并注意液面位置，然后按图Ⅱ-11-1接好系统。打开滴液漏斗，控制滴液速度，使毛细管逸出的气泡速度约为5s~10s1个。在毛细管口气泡逸出的瞬间最大压差约在700Pa~800Pa左右(否则需调换毛细管)。
通过手册查出实验温度时水的表面张力，利用公式(11.9)，求出仪器常数K。
11.4.5待测样品表面张力的测定，用待测溶液洗净试管和毛细管，加入适量样品于试管中，按照仪器常数测定的方法，测定已知浓度的待测样品的压力差 p，代入公式(11.9)计算其表面张力。
11.5实验注意事项
11.5.1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地流过，而使压差计读数不稳定，如发生此种现象，毛细管应重洗。
11.5.2毛细管一定要保持垂直，管口刚好与液面相切。
11.5.3气泡形成速度应稳定；在数字式微压差测量仪上，应读出气泡单个逸出时的最大压力差。
11.6数据记录及处理
(一)实验数据
11.6.1正丁醇溶液的配制
表1. 正丁醇溶液的配制
室温 25.00 ℃；实验温度 30.00 ℃；大气压 96.18 kPa
11.6.2仪器常数的测定
表2. 仪器常数的测定
室温 25.00 ℃；实验温度 30.00 ℃；大气压 96.18 kPa
待测物质
?p H 2O /Pa
σ /N·m -1 仪器常数K
/N·m -1·Pa -1 1
2 3 平均值 H 2O
693
692
692
692
7.118×10-2
9.4529×10-5
计算公式：K=σH 2O /?p H 2O (N·m -1·Pa -1) 11.6.3正丁醇溶液表面张力的测定
表3. 正丁醇溶液表面张力的测定
室温 25.00 ℃；实验温度 30.00 ℃；大气压 96.18 kPa
正丁醇浓度 /mol·m -3
Δp /Pa
σ
/N·m -1
1
2
3
平均值
21.85 684 682 683 683 0.06456 54.63 649 650 649 649 0.06135 109.3 572 574 573 573 0.05416 163.9 521 521 522 521 0.04925 218.5 481 480 482 481 0.04547 273.1 446 446 446 446 0.04216 327.8 419 420 420 420 0.03970 382.4
403
402
402
402
0.03800
11.6.4作σ~c 图，求出曲线上不同浓度c 点处的(?σ/?c )T,p ，并计算相应浓度的Γ。
100ml 容量瓶
1#
2#
3#
4#
5#
6#
7#
8#
V 正丁醇/ml 0.2000
0.5000
1.000
1.500
2.000 2.500
3.000 3.500 c 正丁醇=ρ正丁醇V 正丁醇/M 正丁醇/(100×10-3) /mol·dm -3，M 正丁醇= 7
4.12g·
mol -1, ρ正丁醇=0.8098g ?dm -3
c 正丁醇/mol·dm -3
0.02185 0.05463 0.1093
0.1639
0.2185
0.2731
0.3278
0.3824
050100150200250300350400
0.035
0.040
0.0450.0500.055
0.0600.065σ/N ·
m -1
c /mol·m -3
σ=0.06769-0.1362c +0.15426c
2
图1. σ~c 关系曲线图
曲线拟合方程：σ= 0.06769-1.36212×10-4c+1.54201×10-7c 2(N ?m -1)
(?σ/?c )T,p =-1.36212×10-4+2×1.54201×10-7c (N ?m 2?mol -1)
Γ= -c /8.3145/303.15×d σ/d c (mol·m -2)
表3. 正丁醇溶液表面张力的计算
室温 25.00 ℃；实验温度 30.00 ℃；大气压 96.18 kPa
正丁醇浓度 /mol·m -3 σ /N·m -1
-(?σ/?c )T,p
/N·m 2·mol -1
Γ
/ mol·m -2
c /Γ
/m -1
50.00 0.06126 12.1×10-5 2.40×10-6 2.09×107 100.0 0.05561 10.5×10-5 4.18×10-6 2.39×107 150.0 0.05073 9.00×10-5 5.35×10-6 2.80×107 200.0 0.04662 7.45×10-5 5.91×10-6 3.38×107 250.0 0.04327 5.91×10-5 5.86×10-6 4.26×107 300.0 0.04070
4..37×10-5
5.20×10-6
5.77×107
图2. c/Γ~c 关系直线图
直线斜率k=1/Γ∞=1.729×105m 2·mol -1，Γ∞=5.784×10-6 m -2·mol -1 11.6.5求乙醇分子的横截面积S 0。
S 0=1/L Γ∞=1.729×105/(6.022×1023)=0.287×10-18m 2=0.287 nm 2
(二)实验数据
11.5.1乙醇溶液的配制
表1. 乙醇溶液的配制
室温 25.00 ℃；实验温度 30.00 ℃；大气压 96.18 kPa
11.5.2仪器常数的测定
表2. 仪器常数的测定
室温 25.00 ℃；实验温度 30.00 ℃；大气压 96.18 kPa
待测物质
?p H 2O /Pa
σ /N·m -1 仪器常数K
/N·m -1·Pa -1 1
2 3 平均值 H 2O
1038
1038
1038
1038
7.118×10-2
6.857×10-5
计算公式：K=σH 2O /?p H 2O (N·m -1·Pa -1) 11.5.3乙醇溶液表面张力的测定
表3. 乙醇溶液表面张力的测定
室温 25.00 ℃；实验温度 30.00 ℃；大气压 96.18 kPa
乙醇浓度 /103mol .·m -3 Δp /Pa
σ
/N·m -1 1
2
3
平均值 0.9309 792 794 793 793 0.05438 1.9351 672 672 672 672 0.04608 2.4276 635 635 635 635 0.04354 3.9127 535 535 535 535 0.03669 5.2954 474 474 474 474 0.03250 6.5518 436 436 436 436 0.02990 7.5895 417 417 417 417 0.02860 9.6351
385
385
385
385
0.02640
11.5.4作σ~c 图，求出曲线上不同浓度c 点处的(?σ/?c )T,p ，并计算相应浓度的Γ。
容量瓶编号
1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8#
m 乙醇/g 4.2887 8.9148 11.184 18.026 24.396 30.185 34.965 44.389 c 乙醇=m 乙醇/M 乙醇/(100×10-3) /mol·dm -3，M 乙醇= 46.08g .·mol -1
c 乙醇
/mol·dm -3
0.9309 1.9351 2.4276 3.9127 5.2954 6.5520 7.5895 9.6351
0.000.050.100.150.200.250.300.350.40
0.035
0.0400.0450.0500.055
0.0600.065σ/N .m
-1
c /mol·m
-3
σ=0.06769-0.1362c +0.15426c
2
图1. σ~c 关系曲线图
曲线拟合方程：σ= 0.06769-0.1362c+0.15426c 2
(?σ/?c )T,p =-0.1362+2×0.15426c
Γ= -c /8.3145/303.15×d σ/d c (mol·m -2)
表3. 乙醇溶液表面张力的计算
室温 25.00 ℃；实验温度 30.00 ℃；大气压 96.18 kPa
乙醇浓度
/mol·m -3 σ
/N.m -1 -(?σ/?c )T,p /N·m 2·mol -1
Γ
/ mol·m -2 c /Γ
/m -1
1.000×103 0.05408 11.31×10-5 4.487×10-6
2.228×108 1.500×103 0.04926 8.352×10-5 4.970×10-6
3.018×108 2.000×103 0.04560 6.540×10-5 5.189×10-6 3.854×108 2.500×103 0.04267 5.363×10-5 5.319×10-6
4.700×108 3.000×103 0.04023 4.546×10-5
5.411×10-6 5.544×108 3.500×103 0.03813 3.941×10-5 5.473×10-6
6.395×108 4.000×103 0.03630 3.467×10-5 5.501×10-6
7.271×108 4.500×103 0.03469 3.077×10-5 5.493×10-6
8.193×108 5.000×103 0.03325 2.745×10-5 5.446×10-6
9.181×108 5.500×103
0.03196
2.458×10-5
5.364×10-6
10.25×108
1
23
4
56
2
468
10c /Γ/108
·m
-1c /103
mol ·m
-3
斜率=1/Γ∞=1.765×105m 2·mol
-1
Γ∞=5.665×10-6mol·m
-2
图2. c/Γ~c 关系直线图
直线斜率k=1/Γ∞=1.765×105m 2·mol -1，Γ∞=5.665×10-6 m -2·mol -1 11.5.5求乙醇分子的横截面积S 0。
S 0=1/L Γ∞=1.765×105/(6.022×1023)=0.293×10-18m 2=0.293 nm 2
11.6问题讨论
11.6.1何谓表面张力、比表面能?表面张力与温度有无关系？ 11.6.2何谓正吸附与负吸附？
11.6.3本实验用吉布斯吸附方程求什么量？要求出此量需什么数据？本实验用什么方法测取此数据？
11.6.4为什么要测定仪器常数？
11.6.5是否可以在测定仪器常数时，压力计内的液体用水，而测待测溶液时，压力计内水被换成乙醇？为什么？
11.6.6影响本实验结果的关键因素是什么？
溶液中的吸附作用和表面张力的测定
溶液中的吸附作用和表面张力的测定 ——最大气泡压力法 【摘要】本实验采用最大气泡压力法测定了一系列不同浓度的正丁醇溶液的表面张力，并根据Gibbs吸附公式和Langmuir等温方程式的到了表面张力与溶液吸附作用的关系，用作图法求出了正丁醇分子横截面积，从实验上进一步了解表面张力的性质以及表面张力和吸附的关系，并得到了一个测量表面张力的简单有效而又精确的方法。 【关键词】最大气泡法表面张力吸附作用 一、前言 正丁醇是一种表面活性物质，可以使溶液表面张力下降。利用最大气泡压力法，可以测量出正丁醇溶液的表面张力。根据表面张力与气泡压力的关系，由σ-c曲线可以求出溶液界面上的吸附量和单个正丁醇分子的横截面积（S）。 1、物体表面的分子和内部分子能量也不同，表面层的分子受到向内的拉力，有自动缩小的趋势，表面分子的能量比内部分子大。体系产生新的表面（A）所需耗费功（W）的量，其大小应与A成正比。在等温下形成1m2新的表面所需的可逆功为，称为单位表面的表面能，其单位为N·m-1，通常称为表面张力。 2、纯液体情形下，表面层的组成与内部的组成相同，因此液体降低体系表面自由能的途径是缩小其表面积。对于溶液，溶质会影响表面张力，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
原理，溶质能降低溶液的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比溶液内部大。反之同理 。这种表面浓度与溶液里面浓度不同的现象叫“吸附”。 Gibbs 用热力学的方法推导出吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度间的关系式 ＝T c RT c ??? ??- ??σ 当( )?σ ?c T <0时， >0，称为正吸附。反之，( )?σ ?c T >0时， <0，称 为负吸附。 正丁醇溶液浓度极小时，溶质分子平躺在溶液表面上，当浓度增加到一定程度时，被吸附了的表面活性物质分子占据了所有表面形成了单分子的饱和吸附层。 在一定温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir 等温方程式表示：ΓΓ=?+?∞K C K C 1 或 C C K ΓΓΓ=+ ∞∞ 1 以 C Γ ～C 作图可得一直线，由直线斜率即可求出Γ∞。在饱和吸附情况下，正丁醇分子在气－液界面上铺满一单分子层，则可求得正丁醇分子的横截面积S N 01 = ∞Γ~ 3、最大气泡压力法：当表面张力仪中的毛细管截面与欲测液面相齐时，液面沿毛细管上升。当此压力差在毛细管端面上产生的作用 力稍大于毛细管口溶液的表面张力时，气泡就从毛细管口逸出。 张力与浓度的关系图
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。
乙醇表面张力系数的测定实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除乙醇表面张力系数的测定实验报告 篇一：溶液表面张力测定实验报告 学号：20XX14120222 基础物理化学实验报告 实验名称：溶液表面张力的测定应用化学二班班级03 组号实验人姓名：xx同组人姓名：xxxx 指导老师：杨余芳老师实验日期：20XX-11-12 湘南学院化学与生命科学系 一、实验目的 1、测定不同浓度正丁醇（乙醇）水溶液的表面张力； 2、了解表面张力的性质，表面自由能的意义及表面张力和吸附的关系； 3、由表面张力—浓度曲线（σ—c曲线）求界面上吸附量和正丁醇分子的横截面积s； 4、掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 二、实验原理 测定液体表面张力的方法很多，如毛细管升高法、滴重法、环法、滴外形法等等。本实验采用最大泡压法，实验装
置如图一所示。 图一中A为充满水的抽气瓶；b为直径为0.2～0.3mm的毛细管；c为样品管；D为u型压力计，内装水以测压差；e 为放空管；F为恒温槽。 图一最大泡压法测液体表面张力仪器装置图 将毛细管竖直放置，使滴口瓶面与液面相切，液体即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活栓，让水缓缓滴下，使样品管中液面上的压力渐小于毛细管内液体上的压力（即室压）， 毛细管内外液面形成一压差，此时毛细管内气体将液体压出，在管口形成气泡并逐渐胀大，当压力差在毛细管口所产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡破裂，压差的最大值可由u型压力计上读出。 若毛细管的半径为r，气泡从毛细管出来时受到向下的 压力为： pmax?p大气?p系统??h?g 式中，△h为u型压力计所示最大液柱高度差，g为重 力加速度，ρ为压力计所贮液体的密度。 气泡在毛细管口所受到的由表面张力引起的作用力为2 πr?γ，气泡刚脱离管口时，上述二力相等： ?rr2pmax??r2?h?g?2?r 2 r??r2?h?g?2?r??rp???h?g
物理化学_溶液表面张力的测定_实验报告
液体表面张力的测定 龚聪（同组人：郭舒隽） 2012.11.8 摘要 我们采用最大气泡压力法测定了不同浓度正丁醇溶液的表面张力，发现随着溶液浓度的升高，表面张力下降，说明正丁醇是一种表面活性物质。 引言 从毛细管鼓出空气泡时，为了克服溶液因表面张力产生的附加压力，毛细管内的压力（大气压）要高于样品管中的压力。附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比： 2p= r σ?（1），其中，p ?为附加压力；σ为表面张力；r 为气泡的曲率半径。若毛细 管很小，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，这时气泡的半径r 最大；随着气泡的形成，r 逐渐变小，直到气泡成为半球形时，r 等于毛细管的半径R ，附加压力最大，气泡进一步增大，r 变小，附加压力减小，直到气泡逸出。 最大的附加压力m ax 2=p R σ?（2），表面张力m ax =2 R p σ?（3）。 在测量过程中，我们使毛细管端面与液面相切，这样可以忽略鼓泡所需克服的静压力，表面张力可直接用式（3）计算。 对于同一支毛细管， 2 R 称为仪器常数，可用K 表示。我们用表面张力已知的标准物质 ——水来测定仪器的K 值：22= H O H O K p σ?（4）。式（3）可写为m ax =K p σ??（5）。 实验仪器与试剂 表面张力测定仪1套；100m L 容量瓶8个；500m L 烧杯一个；胶头滴管1个；洗瓶1个；碱式滴定管1支 -1 0.5mol L ?正丁醇溶液 实验装置如下图所示
方法 1. 正丁醇溶液的配制 分别向八支100m L 的容量瓶中加入4、8、12、16、20、28、36和40mL 的-10.5mol L ?正丁醇溶液，定容以配制0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.14、0.18和0.20-1mol L ?的待测溶液并编号0-8。 2. 仪器常数K 的测定 洗净样品管和毛细管； 样品管中装入适量蒸馏水，调节样品管液面高度，使水面与毛细管端面相切； 打开数字压力计电源开关，旋转滴液漏斗上的活塞，使系统与大气相通，按下数字压力计上的“采零”键。关闭活塞，隔绝大气，打开漏斗活塞，水沿漏斗流下，系统的压力开始减小，此时有气泡从毛细管端逸出。控制出气泡的速度，每出一个气泡，压力计读数由小变大，再由大变小，读取6~7个该过程的最大示数。 3. 测定不同浓度正丁醇水溶液的m ax p ? 按照步骤2，从低浓度到高浓度分别测定正丁醇水溶液的m ax p ?。更换溶液时用待测溶液润洗样品管2~3次。 4. 关闭电源，倒掉所配溶液，用蒸馏水洗涤容量瓶和样品管。整理仪器。 数据 表格 1 计算 在本次实验条件下，标准物质—水在16.4°C 下的表面张力为-3 -1 68.7410N m ??。1 由式（4）得仪器常数22-3-4 3 68.7410 = = =2.18100.315010 H O H O K p σ???? 1 数据来源：《大学化学实验——有机及物理化学实验分册》（天津大学出版社）附录三，附表6-13
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。
液体表面张力实验报告
液体表面张力系数的测定 ［实验目的］ 1、了解液体表面张力性质以及表面张力系数的含义和影响因素. 2、理解拉脱法测量液体表面张力系数的基本原理，了解测量方法。 3、了解用液体界面张力仪定标测量微小力的思想和方法。 4、了解液体界面张力仪的调节使用方法和校准方法。 5、熟悉实验的具体内容. 6、拟定出合理的实验数据记录表格. [实验原理] 表面张力是液体表面的重要特性,它类似于固体内部的拉伸应力，这种应力存在于极薄的表面层内，是液体表面层内分子力作用的结果。作用于液面单位长度上的表面张力称为液体的表面张力系数,用来度量表面张力的大小。表面张力系数不仅与液体的种类有关,而且还与温度、纯度、表面上方的气体成分等有关.物质液体状态的许多性质都与液体的表面张力相关,如毛细现象、浸润现象等。因此，测量液体表面张力系数对于科学研究和实际应用都具有重要意义。测定液体表面张力系数的常用方法有:拉脱法，液滴测重法和毛细管升高法等。拉脱法是一种直接测定法，通过物体的弹性形变（拉伸或扭转)来度量力的大小,如扭力天平法、焦力称法等。 实验中采用拉脱法测量水与空气界面的表面张力系数。通过实验可以重点学习如下内容:（1)实验方法:测量液体表面张力系数的拉脱法。（2)测量方法:用液体界面张力仪定标测量微小力的方法。(3）数据处理方法:质量标准曲线的绘制方法.（4）仪器调整使用方法:液体界面张力仪的调整使用方法。 ［实验内容］ 1、整液体界面张力仪水平和零点，达到待测状态. 2、准液体界面张力仪。 (1)金属环上放一块小纸片,仪器调零。包括两个方面的调节：第一,调节刻度盘蜗轮，使零刻度线与游标零线重合,即读数为零;第二,调节调零微调蜗轮，使吊杆臂上的指针与平面反射镜的红线重合。 （2)在小纸片上放质量0.０005kg的砝码,测量金属环单位长度的受力Ｆ，即调节刻度盘蜗轮使指针与红线重合时刻度盘的读数. （3)计算理论值F０=ｍg/π(d１＋d2）。 （4)比较测量值Ｆ与理论值Ｆ0，如果二者相等，说明校准准确;若不相等，调节两个吊杆臂，保证两臂的长度等值缩短或伸长,使刻度盘上的读数Ｆ与理论值F0相等.重复测量几次,直至二者一致为止. 3、测量绘制质量标准曲线。 (1)仪器校准后，放置不同质量m的砝码,记录刻度盘的读数f。 (2)以m为横坐标f为纵坐标绘制质量标准曲线。
液体表面张力系数测定的实验报告
xx 大学实验报告 一【实验目的】 （1） 掌握力敏传感器的原理和方法 （2） 了解液体表面的性质，测定液体表面张力系数。 二【实验内容】 用力敏传感器测量液体表面的张力系数 三【实验原理】 液体具有尽量缩小其表面的趋势，好像液体表面是一张拉紧了的橡皮膜一样。 这种沿着表面的、收缩液面的力称之为表面张力。 测量表面张力系数的常用方法：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。此试验中采用了拉脱法。拉脱法是直接测定法，通常采用物体的弹性形变（伸长或扭转）来量度力的大小。液体表面层内的分子所处的环境跟液体内部的分子不同。液体内部的每一个分子四周都被同类的其他分子所包围，他所受到的周围分子合力为零。由于液体上方的气象层的分子很少，表层内每一个分子受到的向上的引力比向下的引力小，合力不为零。这个力垂直于液面并指向液体内部。所以分子有从液面挤入液体内部的倾向，并使得液体表面自然收缩，直到处于动态平衡。 假如在液体中浸入一块薄钢片，则钢片表面附近的液面将高于其它处的,如图1所示。 由于液面收缩而产生的沿切线方向的力Ft 称之为表面张力，角φ称之为接触角。当缓缓拉出钢片时，接触角φ逐
渐的减小而趋于零，因此Ft方向垂直向下。在钢片脱离液体前诸力平衡的条件为 F = mg + F t （1）其中F是将薄钢片拉出液面的时所施加的外力，mg为薄钢片和它所沾附的液体的总重量。表面张力Ft与接触面的周长2(l+d)成正比，故有Ft = 2σ(l+d),式中比例系数σ称之为表面张力系数，数值上等于作用在液体表面单位长度上的力。将Ft代入式（1）中得 （2） 当用环形丝代替薄钢片做此实验时，设环的内外直径为D1、D2,当它从液面拉脱瞬间传感器受到的拉力差 f = F–m g =π(D1+D2)σ,此时 （3）只要测出力f和环的内外直径，将它们代入式(3)，即可算出液体的表面张力系数σ。式中各量的单位统一为国际单位。 四【实验仪器】 （1）FD—NST—B 液体表面张力系数测定仪。 （2）砝码六个，每个质量 五【实验步骤】 （1）开机预热。 （2）清洗玻璃器皿和吊环。 （3）在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。 （4）将砝码盘挂在力敏传感器上，对力敏传感器定标。 （5）挂上吊环，测定液体表面张力系数。当环下沿全部浸入液体内时，转动升降台的螺帽，使液面往下降。 记下吊环拉断液面瞬间时的电压表的读数U1，拉断后瞬间电压表的读数U2。则f=(U1-U2)/B 六【实验注意事项】 （1）轻轻挂上吊环，必须调节好水平。 （2）在旋转升降台时，尽量是液体的波动要小。
溶液表面张力测定实验报告
学号：201114120222 基础物理化学实验报告 实验名称：溶液表面张力的测定 应用化学二班班级 03 组号 实验人姓名： xx 同组人姓名：xxxx 指导老师：杨余芳老师 实验日期： 2013-11-12 湘南学院化学与生命科学系 一、实验目的
1、测定不同浓度正丁醇（乙醇）水溶液的表面张力； 2、了解表面张力的性质，表面自由能的意义及表面张力和吸附的关系； 3、由表面张力—浓度曲线（σ—c 曲线）求界面上吸附量和正丁醇分子的横截面积S ； 4、掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 二、实验原理 测定液体表面张力的方法很多，如毛细管升高法、滴重法、环法、滴外形法等等。本实验采用最大泡压法，实验装置如图一所示。 图一中A 为充满水的抽气瓶；B 为直径为0.2～0.3mm 的毛细管；C 为样品管；D 为U 型压力计，内装水以测压差；E 为放空管；F 为恒温槽。 图一 最大泡压法测液体表面张力仪器装置图 将毛细管竖直放置，使滴口瓶面与液面相切，液体即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活栓，让水缓缓滴下，使样品管中液面上的压力渐小于毛细管内液体上的压力（即室压），毛细管内外液面形成一压差，此时毛细管内气体将液体压出，在管口形成气泡并逐渐胀大，当压力差在毛细管口所产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡破裂，压差的最大值可由U 型压力计上读出。 若毛细管的半径为r ，气泡从毛细管出来时受到向下的压力为： 式中，△h 为U 型压力计所示最大液柱高度差，g 为重力加速度，ρ为压力计所贮液体的密度。 气泡在毛细管口所受到的由表面张力引起的作用力为2πr?γ，气泡刚脱离管口时，上述二力相等： 若将表面张力分别为和的两种液体用同一支毛细管和压力计用上法测出各 g h p p p ρ?=-=系统大气m ax r g h r p rr πρππ22m ax 2=?=γπρππr g h r p r 22m ax 2 =?=g h r ργ?=2
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。
表面张力实验报告
表面张力实验报告 励耘化学 黄承宏 2 量具名称 量程 分辨力 误差限 测量 游标卡尺(mm) 150.00 0.05 0.05 D1,D2 1 2 3 平均值 内径 D1(mm) 33.15 33.15 33.05 33.12 外径 D2(mm) 34.80 34.75 34.85 34.80 D1+D2(mm) 67.95 67.90 66.90 67.92 编号 1 2 3 4 5 6 7 质量/g 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 砝码重力/N 0.0049 0.0098 0.0147 0.0196 0.0245 0.0294 0.0343 示数/mV 2.0 3.1 5.2 6.8 8.3 10.2 11.9 灵敏度B 为0.3426N/V 1 2 3 4 5 6 平均值 U1/mV 7.8 8.6 8.7 9.1 9.2 9.4 8.8 U2/mV 1.7 3.1 3.2 3.1 3.5 3.0 2.9 U1-U2 6.1 5.5 5.5 6.0 5.7 6.4 5.9 由公式水的表面张力α=Bπ（D1+D2)= 0.3426?3.14159?0.6792 N/m=8.07×10-3 N/m 误差 71.96?8.070 71.96 ×100%=88.79% 肥皂水表面张力系数测试 y = 0.3426x + 7E-05R2 = 0.9973 00.002 0.0040.0060.0080.010.012 0.0140 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 示数/V 重力/N
有关表面张力的几个小实验
有关表面张力的几个小实验 作者：admin 转贴自：本站原创点击数：123 更新时间：2006-6-17 资讯录入：admin （1）水面浮针或浮硬币：由于它们经常和手接触，所以针和硬币表面有一层油脂，使水对它们不浸润。如果再用油脂涂一下更易成功。漂浮硬币时可以不用纸去托，轻轻地向水面上平放即可。 课本上的“缝衣针浮在水面上”的小实验，比较难做，可以让学生先做浮硬币的实验（用5分硬币比较容易成功）． 做浮针实验时可以用一小块餐巾纸托住钢针放入水面，餐巾纸吸水后下沉，钢针就能浮于水面。 （2）肥皂水膜的表面收缩到最小：用金属丝制成图③所示的框架，浸入肥皂水中，提出后可看到图中的活动细金属丝AB 被肥皂水膜的表面张力拉着而向上运动，需加一定拉力，AB才能静止平衡。 （3）水超过杯口不溢：向饮水用的玻璃杯中小心地注满水，使水面恰好与杯口相平，注意杯口原来应当是干燥的。然后把大头针或小钉逐个地放入水杯中，要从水面的中间投放，尽量减轻水面的扰动。可以看到水面逐渐凸起高于杯口但不溢出，以此说明水的表面张力的作用。 （4）表面活性剂能改变水的表面张力：在水盆中央漂浮几根火柴棍，排成图④所示的形状。然后向它们中间A处的水面上滴一些肥皂水或洗衣粉溶液或洗净剂等这类表面活性剂，就会看到火柴棍迅速向四周散开。这说明表面活性剂使A处水面的张力变小了，外面四周的水面收缩而使火柴棍移动。 （5）失重的油滴 水银滴在失重状态下，由于表面张力的作用呈球形，这个现象可以用悬浮状态下的油滴来模拟说明。往小酒杯内倒入约半杯酒精（或高度白酒），再加少量水并搅匀。滴管吸入半管食用油，伸入酒精溶液中，将油一次挤出。如果油滴成偏球形且沉于杯底，可向杯中加少量水使溶液密度变大，并用火柴梗轻轻搅动偏球形油滴的四周（不要使油滴分裂成许多小滴），与此同时可以看到偏球形油滴上浮，最后呈球形悬浮在溶液中。这说明在消除重力对油滴的影响后，仅在表面张力的作用下，油滴呈球形，如图5所示。
溶液表面张力的测定(拉环法)
溶液表面张力的测定（拉环法） 一实验目的 （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）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截面积，掌握拉环法测定表面张力的原理和技术。二实验原理 （1）表面张力 在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的吉布斯自由能的增值称为表面吉布斯自由能（J·m-2），用γ表示。也可以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）。位表面层上分子比同数量内层分子引起体系自由能的增加量称为比表面自由能。比表面和表面张力在数值和量纲上一致，故常用表面张力度量比表面自由能。 （2）影响表面张力的因素 液体的表面张力与温度有关，温度越高，表面张力越小。液体的表面张力与液体的浓度有关，在溶剂中加入溶质，表面张力就会发生变化。 （3）表面张力与吸附量的关系 表面张力的产生是由于表面分子受力不均衡引起的，当加入一种物质后，对某些溶液（包括内部和表面）及固体的表面结构会带来强烈的影响，则必然引起表面张力的改变。如果溶质加入能降低表面吉布斯自由能时，边面层溶质浓度比内部大；反之增加表面吉布斯自由
能时，则溶液在表面的浓度比内部小。由此可见，在指定温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力有关，即吉布斯等温吸附方程： Γ= -（dγ/dc）T（c/RT） 其中Γ为溶质的表面超额，c 为溶质的浓度，γ为溶液的表面张力 a若dγ/dc＜0，Γ＞0，为正吸附，表面层溶质浓度大于本体溶液，溶质是表面活性剂。 b若dγ/dc＞0，Γ＜0，为负吸附，表面层溶质浓度小于本体溶液，溶质是非表面活性剂。 溶液的饱和吸附量： c/Γ= c/Γ∞＋1/KΓ∞ 分子的截面积： S B = 1/（Γ∞L） L=6.02×1034 （4）吊环法测表面张力的原理 测表面张力的方法很多，有毛细管上升法，滴重法，最大气泡压力法，吊环法等。吊环法是将吊环浸入溶液中，然后缓缓将吊环拉出溶液，在快要离开溶液表面时，溶液在吊环的金属环上形成一层薄膜，随着吊环被拉出液面，溶液的表面张力将阻止吊环被拉出，当液膜破裂时，吊环的拉力将达到最大值。自动界面张力仪将记录这个最大值P。按照公式校正后，可以得出溶液的表面张力数值γ。校正因子： F=0.7250+（0.01452P/C2D+0.04534-1.679r/R）1/2式中P：界面张力仪显示读数值mN·m-1
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
溶液表面张力的测定详解
学号：201214140123 基础物理化学实验报告 实验名称：溶液表面张测定 12届药学班级1组号 实验人姓名：李楚芳 同组人姓名：罗媛，兰婷 指导老师：邓斌 实验日期：2014-05-30
湘南学院化学与生命科学系 一、 实验目的： 1．加深理解表面张力的性质，表面吉布斯能的意义以及表面张力和吸附的关系。 2. 掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 二、 主要实验原理，实验所用定律、公式以及有关文献数据： 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： T c σ )d d (RT c Γ- = (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 ）；)(dc d σ T 表示在一定温度下表面张力随浓度的改变率。
当 )( dc d σ T < 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。 )( dc d σ T >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。 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。将欲测表面张力的液体装入试管中，使毛细管的端面与液面相切，液体即沿毛细管上升，直到液柱的压力等于因表面张力所产生的上升力为止。若管内增加一个与此相等的压力，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；若所增加的压力稍大于毛细管口液体的表面张力，气泡就会从毛细管口被压出。可见毛细管口冒出气泡的需要增加的压力与液体的表面张力成正比。 σ=K △p 式中K 与毛细管的半径有关，对同一支毛细管是常数，可由已知表面张力的液体求得。本实验通过蒸馏水来测得。 由实验测得不同浓度时的表面张力，以浓度为横坐标，表面张力为纵坐标，得σ-c 图，过曲线上任一点作曲线的切线和水平线交纵坐标于b1，b2两点，则曲线在该点的斜率为 c b b c 0b b d d 2121c σ--=--=
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。
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
表面张力的测定实验报告分析
浙江万里学院生物与环境学院 化学工程实验技术实验报告 实验名称：溶液表面张力的测定 （1）实验目的 1、掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术 2、通过对不同浓度正丁醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能和表面吸附量关系的理解 3、学习使用Matlab 处理实验数据 （2） 实验原理 1、 表面自由能：从热力学观点看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总的自由能减小的过程。如欲使液体产生新的表面A ?，则需要对其做功。功的大小应与A ?成正比：-W=σA ? 2、 溶液的表面吸附：根据能量最低原理，溶质能降低溶液的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比 溶液内部大，反之，溶质使溶液的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低。这种表面浓度与溶液里面浓度不同的现象叫“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。Gibbs 用热力学的方法推导出它们间的关系式 T c RT c )(??- =Γσ (1)当00，溶质能减少溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附，此类物质叫表面活性物质。（2）当0>??? ????T c σ时，Γ<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，此类物质叫非表面活性物质。由 T c RT c )(??- =Γσ 可知：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。 3、 饱和吸附与溶质分子的横截面积：吸附量Γ浓度c 之间的关系，有Langmuir 等温方程 式表示：c K c K ·1·+Γ=Γ ∞
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！