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

C：铂丝环周长cm R：铂丝环半径c D：溶液的密度g·mL-1r：铂丝的半径cm

三实验仪器与试剂

JYW—200A自动界面张力仪、5mL吸量管、10mL吸量管、无水乙醇（分析纯）、50mL容量瓶8个、胶头滴管

JYW—200A自动界面张力仪

四实验步骤

（1）配制溶液

本实验总共配8组乙醇的水溶液。按乙醇所占体积比分别为5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%。

分别用吸量管量取2.5mL、5 mL、7.5 mL、10 mL、12.5 mL、15 mL、17.5 mL、20 mL无水乙醇于50 mL容量瓶中。

分别向8个容量瓶中加入蒸馏水至刻度线以下1cm处，再用干净

的胶头滴管滴入蒸馏水至溶液的凹液面与刻度线齐平。

旋紧塞子，一手托住底部，一手按紧塞子，上下颠倒使溶液混合均匀。

将配制好的溶液按浓度的大小放好，准备下面操作。

注意：在使用吸量管时要用食指捏紧管口，防止下面滴出造成所量体积不准确。

（2）测量表面张力

a、插上电源，打开开关。

注意：要动作轻缓，防止剧烈拍打桌子。

b、取出吊环挂在挂钩上，让仪器保持平稳，调零至显示0。

注意：用手拿吊环时，注意拿一边，不要用手捏两边，防止吊环变形在上升拉吊环时受力不均，影响实验结果。

只调一次，在实验过程中不能再调。

c、用被测溶液涮洗样品杯三次，再倒入约容器体积的2/3。

d、操作步骤：

①先按▲上升键，至吊环完全浸入溶液约8mm，按●停止键。

②

③按▼下降键，至吊环完全被拉出时按●停止键。记录所显示的数值。

④

每一组溶液水平测三次，共测8组溶液。

五注意事项

①在整个操作过程中避免剧烈拍桌子，以引起仪器的显示数字不稳定。

②避免水溅到仪器上，对仪器造成损害。

③执行操作步骤中的①和③时要及时按●停止键，防止升的过高或过低，对仪器造成损伤，更不能按完▲键就直接按▼键，防止造成卡壳，损害仪器。

④。

⑤调零只在实验前调一次，在实验过程中不能再调。

⑥实验完毕后按要求将吊环装好，防止吊环变形，影响实验结果。

六数据记录和处理

无水乙醇的密度：0.789－－0.791g/cm3

乙醇：水（体积

表面张比）

力（mN/m）5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40%

1 77.

2 69.5 63.5 58.2 54.2 49.9 48.0 46.3

2 77.5 69.4 63.7 58.4 54.0 49.8 48.

3 46.0

3 76.7 69.5 63.

4 58.2 54.2 49.7 48.3 46.1

平均值77.1 69.5 63.5 58.3 54.1 49.8 48.2 46.1

1

2

3

4

5

6

7

0.045

0.0500.0550.0600.065

0.0700.075

0.080张力/N

浓度/（mol/L)

得方程：y=0.08506-0.00999x+0.0006313x 2 微分得：y ,= 0.00999—0.0006313x 代入方程：C/Γ = RT / y’ 得下表：

得图：