实验二 溶液中的吸附作用和表面张力的测定

实验二溶液中的吸附作用和表面张力的测定

——最大气泡压力法（周二 7周 16:00—19:20）

12.1 实验目的与要求：

1.通过测定不同浓度(c)正丁醇水溶液的表面张力(σ)，由σ-c曲线求溶液界面上的吸附量和单个正丁醇分子的横截面积(S0)。

2.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。

3.掌握一种测定表面张力的方法——最大气泡法。

12.2 预习要求：

1.掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理。

2.了解影响表面张力测定的因素。

3.了解如何由表面张力的数据求正丁醇的横截面积。

12.3 实验原理：

1.物体表面的分子和内部分子所处的境况不同，因而能量也不同，如图12-1所示，表面层的分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。如要把一个分子由内部迁移到表面，就需要对抗拉力而作功，故表面分子的能量比内部分子大。增加体系的表面，即增加了体系的总能量。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。

- W=σ△A （12.1）

如果△A =l㎡，则- W=σ，即在等温下形成1㎡新的表面所需的可逆功。故σ称为单位表面的表面能，其单位为N·m-1。这样就把σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。它表示表面自动缩小的趋势的大小。表面张力是液体的重要特性之一，与所处的温度、压力、液体的组成共存的另一相的组成等有关。纯液体的表面张力通常指该液体与饱和了其自身蒸气的空气共存的情况而言。

图12-1 分子间作用力示意图

2.在纯液体情形下，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唯一途径是尽可能缩小其表面积。对于溶液，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

（ 12.2）

式中，Г—气-液界面上的吸附量(mol·㎡)；σ—溶液的表面张力(N·m-1)；

T—绝对温度(K)；c—溶液浓度(mol·m-3)； R—气体常数(8.314 J·mol-1·K-1)。

当时，Г>O，称为正吸附。反之，时，Г

于有机化合物来说，表面活性物质的极性部分一般为-NH3+，-OH，-SH，-COOH，-S020H。而非极性部分则为RCH2-。正丁醇就是这样的分子。在水溶液表面的表面活性物质分子，其极性部分朝向溶液内部，而非极性部分朝向空气。表面活性物质分子在溶液表面的排列情形随其在溶液中的浓度不同而有所差异。当浓度极小时，溶质分子平躺在溶液表面上，如图12.2(a)，浓度逐渐增加，分子排列如图12.2(b)，最后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如图12.2(c)。

图12-2 不同浓度时，溶质分子在溶液表面的排列情况

正丁醇是一种表面活性物质，其水溶液的表面张力和浓度关系符合Gibbs吸附公式（12-2）。通过实验测得正丁醇不同浓度下的表面张力σ，在恒温下作σ- c曲线（表面张力等温线），当c增加时，σ在开始时显著下降，而后下降逐渐缓慢下来，以至σ的变化很小，这时σ的数值恒定为某一常数（见图12-3），利用图解法可求出对应于每个浓度的（如过a点作σ- c曲线的切线，切线的斜率即为）。或在作出σ- c曲线后，用计算机拟合出曲线方程，求导得到一反映c ～关系的解析式，求出不同浓度c下的。将代入Gibbs吸附公式12-2，可以求出不同浓度时气-液界面上的吸附量Г。

图12.3 σ-c曲线

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：

（12.3）

Г∞为饱和吸附量，K为经验常数，与溶质的表面活性大小有关。将(12-3)式化成直线方程，则

（12.4）

若以c/Г～c作图可得一直线，该直线的斜率为1／Г∞，由直线斜率即可求出Г∞。假设在饱和吸附情况下，正丁醇分子在气-液界面上铺满一单分子层，则可应用下式求得正丁醇分子的横截面积S0。

（12.5）

式中，为阿佛加德罗常数。若已知溶质的密度队分子量M，就可计算出吸附层厚度δ：

（12.6）

3.最大气泡压力法测量表面张力的装置示意图如12.4。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。打开滴液漏斗的活塞，使水缓慢下滴而使体系内的压力(P S)增加，这时毛细管

内的液面上受到一个比恒温试管中液面上稍大的压力，因此毛细管内的液面缓缓下降。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。由于数字式微压差测量仪在使用前调零，因而这一最大压力差就等于系统压力，该压力可由数字式微压差测量仪上直接读出，其关系式为：

P A =0，△P

max

= P

S

，其中P

A

为大气压力，Ps为系统压力。

若毛细管半径为r，气泡由毛细管口逸出时，受到向下的总压力为πr2△P max。气泡在毛细管受到的表面张力引起的作用力为2πrσ，当气泡自毛细管口逸出时，上述两力相等。即：

πr2△P

max =2πrσ，σ=r·△P

max

/2。（12.7）

使用同一根毛细管，对具有表面张力为σ1和σ2的液体而言，则有下列关系：

σ1= r·△P1 /2 σ2= r·△P2 /2 （12.8）

两式相比，有：σ1=σ2·△P1 /△P2=k·△P1，仪器常数k= r/2，由此求得

σ2=k·△P2（12.9）

用已知表面张力σ1的的液体，从12-9式可求出其他液体的表面张力σ2。

图12.4 最大气泡法表面张力测定装置

1恒温套管 2毛细管(r在0.15～0.2mm) 3数字式微压差测量仪 4分液漏斗 5吸滤瓶 6连接橡皮管。

12.4 仪器试剂

超级恒温水浴1台；数字压力计1台；恒温套管1支；250分液漏斗抽l个；毛细管（0.15～0.2mm）1支；

烧杯（500mL）1个；100mL容量瓶9个；500mL吸滤瓶1个；20、15、10mL移液管各1支；1.0mol·dm-3

正丁醇溶液（AR）；重蒸馏水。

12.5 实验步骤

1.仪器常数的测定

（1）毛细管常数的测定：按实验装置图装好仪器，打开恒温水浴，使其温度稳定于25℃。取一支浸

泡在洗液中的毛细管依次用自来水，蒸馏水反复清洗若干次，同样把玻璃套管也清洗干净，加上蒸馏水，

插上毛细管，用套管下端的开关调节液面恰好与毛细管端面相切，使样品在其中恒温10分钟。在分液漏斗

中加入适量的水并与吸滤瓶连接好，注意切勿使体系漏气。然后调节分液漏斗下的活塞使水慢慢滴入吸滤

瓶中，这时体系压力逐渐增加，直至气泡由毛细管口冒出，细心调节出泡速度，使之在5—10秒钟内出一个。注意气泡爆破时微型压力计的读数，并重复记录最高值三次，求平均值而得△P H2O，根据手册查出25℃时水的表面张力为σ=71.97×10-3N·m-1，以σH2O /△P H2O=k,求出所使用的毛细管常数。

（2）不同浓度的正丁醇溶液表面张力的测定：以0.8mol·dm-3浓度的正丁醇溶液为基准，分别准确配制0.020、0.040、0.060、0.08、0.10、0.12、0.15、0.20mol·dm-3 的正丁醇溶液各100mL。重复上述实验步骤，按照由稀至浓的顺序依次进行测量。求得一系列浓度的正丁醇溶液的△P正丁醇。本实验的关键在于溶液浓度的准确性和所用毛细管、恒温套管的清洁程度。因此除事先用热的洗液清洗它们以外，

每改变一次测量溶液必须用待测的溶液反复洗涤它们，以保证所测量的溶液表面张力与实际溶液的浓度相

一致。并控制好出泡速度、平稳地重复出现压力差。而不允许气泡一连串地出。洗涤毛细管时切勿碰破其尖端，影响测量。温度对该实验的测量影响也比较大，实验中请注意观察恒温水浴的温度，溶液加入测量管后恒温10min后再进行读数测量。

12.6 实验注意事项：

1.测定用的毛细管和恒温试管一定要先洗干净，玻璃不挂水珠为好，否则气泡可能不能连续稳定地通过，而使压力计的读数不稳定。

2.毛细管端口一定要刚好垂直切入液面，管口要和液面刚好接触，不能离开液面，但亦不可深插。

3.表面张力和温度有关，因此要等溶液恒温后再测量。

4.控制好出泡速度，从毛细管口脱出气泡每次应为一个，即间断脱出，读取压力计的压力差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。

5.正丁醇溶液要准确配置，使用过程防止挥发损失。

12.7 数据记录及处理：

室温：大气压：恒温槽温度：

σH2O：△P H2O：毛细管常数K：

l.记录数据表格：

容量瓶编号 1 2 3 4 5 6 7 +8

正丁醇用量/ml 2.5 5 7.5 10 12.5 15 20 25

溶液浓度/mol·dm30.020 0.040 0.060 0.080 0.10 0.12 0.16 0.20

压差读数/Pa

正丁醇水溶液的σ

正丁醇水溶液的dσ/dc

正丁醇水溶液的Г

正丁醇水溶液的c/Г

2.作σ- c曲线（用Excel作图），求出曲线方程，求导数得一解析式，利用该式求出不同浓度时正丁醇水溶液的σ。

3.由计算不同浓度的吸附量Г值，作Г～c图。

4.计算c/Г值，以c/Г～c作图，由直线斜率求出Г∞，（以mol·㎡表示）并计算S0和δ。

12.8 文献值

直链醇分子截面积为21.6×10-16m2。

12.9 思考题

1.温度和压强的变化对测定结果有何影响？

2.浓度的误差对σ-c曲线有何影响？

3. 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？

4.用最大气泡压力法来测量表面张力时，毛细管尖端为何要刚好接触液面？

5.本实验结果准确与否关键决定哪些因素？

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

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

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

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

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--=--=

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

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

液体表面张力的测量预习报告

液体表面张力系数的测量实验 液体沿表面总是存在着使液面紧张且向液体内收缩的力称为表面张力。液体的许多现象，如毛细管现象、湿润现象、泡沫的形成等，都与表面张力有关。表面张力系数是液体表面的重要力学性质：对于不同种类的液体，其表面张力不同，而对于同一种液体，其表面张力系数随着温度及其所含杂志的改变而增大或减小。这些性质广泛应用于工业生产中，如浮法选矿、液体的传输技术、化工生产线的设计等等都要对液体的表面张力进行研究。 测定液体表面张力系数的方法很多。常用的有拉脱法和毛细管升高法。本次实验介绍用拉脱法测定液体表面张力系数。 一、实验目的 1．用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标,计算该传感器的灵敏度,学习传感器的定标方法； 2．观察拉脱法测量表面张力的过程，并用物理学基本概念进行分析，加深对物理规律的认识； 3．测量纯水和其它液体（如：甘油）的表面张力系数。 二、实验仪器 实验仪器主要由液体表面张力系数测量实验仪主机以及实验装置以及镊子、砝码组成。应用电脑采集测量时需要壹根串口转USB 连接线、电脑和采集软件，仪器装置见下图。 三、实验原理 一个金属环固定在传感器上，将该环浸没于液体中，并渐渐拉起圆环，当它从液面拉脱瞬间传感器受到的拉力差值f 为 απ)(21D D f += （1） 式中： 1D 、2D 分别为圆环外径和内径，α为液体表面张力系数，g 为重力加速度，所以液体表面张力系数为：

)](/[21D D f +=πα （2） 实验中，液体表面张力可以由下式得到： B U U f /)(21-= （3） B 为力敏传感器灵敏度，单位V/N 。1U ,2U 分别为即将拉断水柱时数字电压表读数以及拉 断时数字电压表的读数。 四、实验步骤 1．连接硅压阻力敏传感器，并开机预热15～20分钟。测量吊环内外直径，然后清洗玻璃器皿（盛装待测液体）和吊环，给实验装置加水（注意加水量不可过多，可以参考装置外壁加水刻度线）； 2．将吊环挂在力敏传感器的钩上，将力敏传感器转至水容器外部，这样取放砝码比较方便。待吊环晃动较小时，对仪器进行调零，然后用镊子安放砝码对传感器进行定标，取放砝码时应尽量轻； 3．将待测液体倒入玻璃器皿后，再将盛有待测液体的玻璃器皿小心地放入空的塑料容器，并一起放入实验圆筒内；将力敏传感器转至容器内，并轻轻挂上吊环，可以轻触吊环，让其晃动 说明：之所以不将测量液体直接倒入塑料容器内进行测量，是防止某些待测液体与塑料容器发生化学反应而影响测量结果。 4．关闭橡皮球阀门，反复挤压橡皮球使装置内部液体液面上升，当吊环下沿部分均浸入待测液体中时，及时松开橡皮球的阀门，这时液面缓慢下降，观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。特别应注意吊环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表读数值为U 1，拉断后数字电压表读数为U 2。记下这两个数值。 5.用计算机采集时，在环接触液面开始下降时点开始采集按钮，可以通过软件实时采集传感器输出电压值的变化过程，通过鼠标移动测量拉脱瞬间的电压值以及拉断后的电压值，计算测量液体的表面张力，并与手动测量的结果进行比较。 五、注意事项 1．实验前，吊环须严格处理干净：可用NaOH 溶液洗净油污或杂质后，用纯水冲洗干净，并用热吹风烘干；

液体表面张力系数的测定报告记录模板

液体表面张力系数的测定报告记录模板

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液体表面张力系数的测定实验报告模板 【实验目的】 1．了解水的表面性质，用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。 2．学会使用焦利氏秤测量微小力的原理和方法。 【实验仪器】 焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，水，游标卡尺等。 【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。 表面张力 f 与线段长度 L 成正比。即有： f = αL （1） 比例系数α称为液体表面张力系数，其单位为Ｎm-1。 将一表面洁净的长为 L、宽为 d 的矩形金属片（或金属丝）竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属片将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有 F = mg + f （2） 式中 F 为把金属片拉出液面时所用的力；mg 为金属片和带起的水膜的总重量； f 为表面张力。此时， f 与接触面的周围边界 2（L＋ d ）,代入（2）式中可得α = F ? mg2( L + d ) 本实验用金属圆环代替金属片，则有 α= F ? mg π (d1 + d2 ) 式中 d1、d2 分别为圆环的内外直径。

物理化学实验报告-溶液中的吸附作用和表面张力的测定实验报告

实验十二溶液中的吸附作用和表面张力的测定 摘要：本实验采用最大气泡压力法测定了液体表面张力，通过对不同浓度下正丙醇溶液的表面张力研究其和浓度之间的关系。初步探讨了表面张力的性质、表面能的意义以及表面张力和吸附作用的关系。 关键词：吸附作用、表面张力、最大气泡法 The measurement of the adsorption effect and surface tension Abstract：In this experiment, according to Gibbs formula and Langmuir equal-temperature equation, we apply the biggest bladder pressure method to research the relationship between the amount of absorption and the consistency of a substance in the solution besides the surface tension. The phenomenon show that the consistency of a substance in the surface of the solution is different from that inside is called absorption. Keyword：Surface tension, The biggest bubble pressure method, Absorption effect

1. 序言 物体表面的分子和内部的分子所处的境况不同，因此能量也不同，表面张力就是内部分子对表面分子的作用力，它是液体的重要属性之一，与所处的温度、压力、液体的组成共存的另一面的组成等因素都有关。对于溶液，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”。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。 溶液的表面张力是溶液的一个重要物理参数。要计算溶液的表面自由能、最大吸附量等都必须精确测定其溶液的表面张力。测定它的方法较多，如毛细管上升法、滴重法、吊环法和最大气泡法，但最简单、实用、普遍的方法是最大气泡法。本实验正是采用该法测定液体不同浓度条件下的表面张力，探究表面张力、表面能与吸附作用的关系，并验证了表面化学的相关基础理论。 2. 实验部分 2.1 实验仪器与试剂 CS501型超级恒温水浴1台重庆试验设备厂 DMP-2B型数字式微压差测量仪南京大学应用物理研究所 恒温套管，250ml分液漏斗，毛细管（半径为0.15—0.2mm）； 100ml容量瓶（7只），2ml移液管（1支）； 正丁醇溶液（分析纯） 2.2 实验步骤 1）按实验装置图装好仪器，打开恒温水浴，使其温度稳定于35℃。取一支浸泡在洗液中的毛细管依次用自来水、蒸馏水反复清洗若干次，同样把玻璃套管也清洗干净，加上蒸馏水，插上毛细管，用套管下端的开关调节液面恰好与毛细管端面相切，使样品在其中恒温10分钟。在分液漏斗中加入适量的自来水，注意切勿使体系漏气。然后调节分液漏斗下的活塞使水慢慢滴下，这时体系压力逐渐减小，直至气泡由毛细管口冒出，细心调节出泡速度，使之在5－10秒钟内出一个。注意气泡爆破前数字式微压差测量仪的读数，并用电脑采集数据得到最大的压差值，取连续6个数据取平均值； 2）用2mL移液管分别移取0.40ml、0.80ml、1.20ml、1.60ml、2.00ml、2.40ml、2.80ml正丁醇到100ml容量瓶中，然后稀释到刻度。重复上述实验步骤，按照由稀至浓的顺序依次进行测量。 2.3 注意事项 1）测定用的毛细管一定要先洗干净，否则气泡可能不能连续稳定地通过，而使压力计的读数不稳定；

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0 0，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∞ 4、 最大泡压法： （3） 实验装置与流程：将燃烧热实验的主要设备、仪器和仪表等 按编号顺序添入图下面相应位置： 图11－4

液体表面张力系数的测定报告模板

液体表面张力系数的测定实验报告模板 【实验目的】 1．了解水的表面性质，用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。 2．学会使用焦利氏秤测量微小力的原理和方法。 【实验仪器】 焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，水，游标卡尺等。 【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。 表面张力 f 与线段长度 L 成正比。即有： f = αL （1） 比例系数α称为液体表面张力系数，其单位为Ｎm-1。 将一表面洁净的长为 L、宽为 d 的矩形金属片（或金属丝）竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属片将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有 F = mg + f （2） 式中 F 为把金属片拉出液面时所用的力；mg 为金属片和带起的水膜的总重量； f 为表面张力。此时， f 与接触面的周围边界 2（L＋ d ）,代入（2）式中可得α = F ? mg2( L + d ) 本实验用金属圆环代替金属片，则有 α= F ? mg π (d1 + d2 ) 式中 d1、d2 分别为圆环的内外直径。

最大泡压法测定溶液表面张力。实验报告

最大泡压法测定溶液表面张力 一.实验目的： 1 ?明确表面张力、表面自由能和吉布斯吸附量的物理意义; 2 ?掌握最大泡压法测定溶液表面张力的原理和技术； 3 ?掌握计算表面吸附量和吸附质分子截面积的方法。 二?实验原理： 1 .表面张力和表面吸附 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1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， 因此，液体表面缩小是一个自发过程。 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)，用丫表示。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)。 欲使液体产生新的表面△ S，就需对其做表面功，其大小应 与△S成正比，系数为即为表面张力Y : -W= Y x△S (1) 图1 液体表面与分子内部受力情况图 在定温下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时，分子间的作用力发生变化，表面张力也发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。水溶液表面张力与其组成的关系大致有以下三种情况： (1)随溶质浓度增加表面张力略有升高； (2)随溶质浓度增加表面张力降低，并在开始时降得快些； (3)溶质浓度低时表面张力就急剧下降，于某一浓度后表面张力几乎不再改变。 以上三种情况溶质在表面层的浓度与体相中的浓度都不相同，这种现象称为溶液表面吸附。根据能量最低原理，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中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。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守吉布斯(Gibbs)吸附方程： 降低的物质叫表面活性剂。c虻 RT ide 人 (2) 式中，r为溶质在表层的吸附量，单位mol ? m，Y为表面张力，e溶质的浓度 f d H ——I 0,此时表面层溶质浓度大于本体溶液，称为正吸附。引起溶剂表面张力显著de T >0，_则r < 0, 此时表面层溶质浓度小于本体溶液，称为负吸附

溶液表面张力的测定

溶液表面张力测定 一 实验目的 1. 掌握气泡的最大压力法测定溶液表面张力原理和技术。 2. 测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量。 3. 了解超级恒温槽的构造及使用方法。 二 实验原理 处于液体表面的分子由于受到液体内部分子与表面层外介质分子 的不平衡力作用，具有表面张力。定义单位长度上沿着表面的切线方向垂直作用于表面的收缩力为表面张力σ，单位。 1m ??N p ?气泡的最大压力法(或最大泡压法)是测定液体表面张力的方法之 一。它的基本原理如下： 当玻璃毛细管一端与液体接触，并往毛细管内加压时，可以在液面 的毛细管口处形成气泡。设气泡在形成过程中始终保持球形，则气泡内外的压力差(即施加于气泡的附加压力)与气泡的半径r 、液体表面张力σ之间的关系可由拉普拉斯(Laplace)公式表示，即 p =? (2-70) r σ 2 图2-42 气泡形成过程中其半径的变化情况示意 显然，在气泡形成过程中，气 泡半径由大变小，再由小变大(如图 2-42中(a)、(b)、(c)所示)，而压力 差?p 则由小变大，然后再由大变 小。当气泡半径r 等于毛细管半径 R 时，压力差达到最大值?p max 。因 此 R p max =? (2-71) σ2由此可见，通过测定R 和，即可求得液体的表面张力。 max p ?由于毛细管的半径较小，直接测量R 误差较大。通常用一已知表面

张力为的液体(如水、甘油等)作为参考液体，在相同的实验条件下， 测得相应最大压力差为，则毛细管半径0σmax ,0p ?max ,002p ?=R σ。代入上式，求得被测液体的表面张力 0,0max max σσp p ??= （2-72） 本实验中用数字式微压差测量计测量压力差?p 。 在同一温度下，若测定不同浓度c 的溶液表面张力，按吉布斯 (Gibbs)吸附等温式可计算溶质在单位界面过剩量，即吸附量： (1)2Γ c RT c d d (1)2σΓ?= (2-73) 式中R 为气体摩尔常数。若，则溶质加入使溶液表面张力降低， 即0(1)2>Γ0

溶液表面张力的测定

实验二十六 溶液表面张力的测定 (一) 最大气泡法 【目的要求】 1. 掌握最大气泡法(或扭力天平)测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。 2. 测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算吸附量, 由表面张力的实验数据求分子的截面积及吸附层的厚度。 【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。在定温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，表面层中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守吉布斯(Gibbs)吸附方程： T C RT C Γ??? ??-=d d σ (2) 式中，Г为溶质在表层的吸附量；σ为表面张力；C 为吸附达到平衡时溶质在介质中的浓度。 当 T C ??? ??d d σ＜0时， Г＞0称为正吸附；当 T C ??? ??d d σ＞0时，Г＜0称为负吸附。吉布斯吸附等温式应用范围 很广，但上述形式仅适用于稀溶液。 引起溶剂表面张力显著降低的物质叫表面活性物 质，被吸附的表面活性物质分子在界面层中的排列， 决定于它在液层中的浓度，这可由图2-26-1看出。 图2-26-1中(1)和(2)是不饱和层中分子的排列，(3) 是饱和层分子的排列。 当界面上被吸附分子的浓度增大时，它的排列方式在 改变着，最后，当浓度足够大时，被吸附分子盖住了 图2-26-1 被吸附的分子在界面上的排列图

液体表面张力系数的测量

液体表面张力系数的测定 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。液体表面层的分子有从液面挤入液内的趋势，从而使液体有尽量缩小其表面的趋势，整个液面如同一张拉紧了的弹性薄膜，我们把这种沿着液体表面，使液面收缩的力称为表面张力。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，测定液体表面张力系数的方法有：拉脱法、毛细管法、最大气泡压力法等。本实验采用拉脱法测定表面张力系数。 实验目的： 1、了解液体表面性质。 2、熟悉用拉脱法测定表面张力系数的方法。 3、熟悉用焦利弹簧秤测量微小力的方法。 实验仪器： 焦利弹簧秤，被测液体，游标卡尺，矩形金属框，烧杯，砝码及托盘等 实验原理： 1、面张力的由来 假设液体表面附近分子的密度和内部一样，它们的间距大体上在势能曲线的最低点，即相互处在平衡的位置上。由图（1）可以看出，分子间的距离从平衡位置拉开时，分子间的吸引力先加大后减小，在这儿只涉及到吸引力加大的一段，如图（2）所示，设想内部某个分子A欲向表面迁徙，它必须排开分子1、2，并

克服两侧分子3、4和后面分子5对它的吸引力。 用势能的概念来说明，就是它处在图（3）左边的势阱中，需要有大小为 d E 的 激活能才能越过势垒，跑到表面去。然而表面某个分子B 要想挤向内部，它只需 排开分子' ' 21、 和克服两侧分子' ' 43、的吸引力即可，后面没有分子拉它。所以它所处的势阱（图（3）中右边的那个）较浅，只要较小的激活能 ' d E 就可越过势垒， 潜入液体内部。这样一来，由于表面分子向内扩散比内部分子向表面扩散来得容易，表面分子会变得稀疏了，其后果是它们之间的距离从平衡位置稍为拉开了一些，于是相互之间产生的吸引力加大了，这就是图(3)右边所示的情况。此时分 子B 需克服分子''43、对它的吸引力比刚才大，从而它的势阱也变深了，直到' d E 变 得和 d E 一样时，内外扩散达到平衡。所以在平衡状态下液体表面层内的分子略 为稀疏，分子间距比平衡位置稍大，在它们之间存在切向的吸引力。这便是表面张力的由来。 在刚才的讨论中未考虑液面外是否有气体。如果有，则分子B 背后有气体的分子拉它，这显然会使上述差距减小，从而减小表面张力。事实也确实如此。如

溶液表面张力的测量

溶液表面张力的测量 一、实验目的与要求 1．掌握最大气泡压力法测量溶液表面张力的原理和技能。 2．通过对不同浓度乙醇溶液表面张力的测量，计算表面吸附量和乙醇分子的横截面积。 二、实验原理 在液体内部，任何分子周围的吸引力是平衡的，而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，另一方面受到液体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。这种吸引力使表面上的分子向内挤，促成液体的最小表面积。要使液体的表面积增大，就必须反抗分子的内向力而做功，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1㎡所引起的表面自由能的变化△G 称为单位表面的表面能，其单位为J·㎡；而把液体限制其表面及试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。 如欲使液体表面积增加△A时，所消耗的可逆功W应该是 -W=△G =σ·△A 液体的表面张力σ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。 对于纯溶剂而言，其表面层与内部的组成是相同的，但对于溶液来说则不然。当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化。根据能量最低原则，若溶质能降低溶剂的表面张力，则表面层中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升高，那么溶液在表面层中的浓度应比溶液内部的浓度低。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。在一定的温度和压力下，溶液表面吸附溶质的量与溶液的表面张力和加入的溶质量有关，它们之

最大气泡压力法测定溶液的表面张力

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、基本原理 在一个液体的内部，任何分子周围的吸引力是平衡的。可是在液体表面表面层中，每个分子都受到垂直于并指向液体内部的不平衡力。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△G,称为单位表面的表面能，其单位为 J ·m －1；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。如欲使液体表 面面积增加ΔS 时，所消耗的可逆功A 应该是： 一A ＝ΔG ＝σΔS （1） 液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。 根据能量最低原则，若溶质能降低溶剂的表面张力，则表 面层中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升高，那么溶质在表面层中的浓度应比溶液内部的浓度低。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。在一定的温度和压力下，溶液表面吸附溶质的量与溶液的表面张力和加入的溶质量（即溶液的浓度）有关，它们之间的关系可用吉布斯(Gibbs)公式表示： Γ＝－RT c (c ??σ)T （2） 式中：Γ为吸附量(mol ·m －1)；σ为表面张力(J ·m -1 )；T 为绝对温度(K)；c 为溶液浓度(mol ．L －1 )；R 为气体常数(8．314J ．K —I ·mol －1)。(c ??σ)T 表示在一定温度下表面张力随溶液浓度而改变的变化率。如果σ随浓度的增加而减小，也即(c ??σ)T <0，则Γ>0，此时溶液表面层的浓度大于溶液内部的浓度，称为正吸附作用。如果σ随浓度的增加而增加即 (c ??σ)T >0，则Γ<0，此时溶液表面层的浓度小于溶液本身的浓度，称为负吸附作用。 从(2)式可看出，只要测定溶液的浓度和表面张力，就可求得各种不同浓度下溶液的吸附量Γ。 在本实验中，溶液浓度的测定是应用浓度与折光 率的对应关系，表面张力的测定是应用 最大气泡压力法。 图2是最大气泡压力法测定表面张力的装置示意 图。将欲测表面张力的液体装于支管试管5中，使毛 细管6的端面与液面相切，液面即沿着毛细管上升， 打开滴液漏斗2的活塞进行缓慢抽气，此时由于毛细 管内液面上所受的压力（p 大气）大于支管试管中液面 上的压力 （p 系统），故毛细管内的液面逐渐下降，并 从毛细管管端缓慢地逸出气泡。在气泡形成过程中， 由于表面张力的作用，凹液面产生了一个指向液面外