溶液表面张力的测定详解
溶液表面张力的测定——
实验七 溶液表面张力的测定——最大气泡压力法一． 实验目的1. 用最大气泡法测定不同浓度乙醇溶液的表面张力。
2. 了解表面张力的性质，表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系。
3. 学会镜面法作切线的方法。
二． 实验原理1. 用本法测定[乙醇，水]溶液的数据对[σ，c]，作图将c-σ曲线在不同浓度的斜率c σ∂⎛⎫⎪∂⎝⎭T 代入吉布斯等温吸附式：Γ=﹣c RT c σ∂⎛⎫⎪∂⎝⎭T 求出相应的吉布斯吸附量Γ；按朗格茂尔等温吸附变形公式：c 1cα∞∞=+ΓΓΓ C/Γc-C 直线斜率tg β求出饱和吸附量∞Γ，进而得出乙醇分子横切面积S 和分子长度δ，结合直线截距得出吸附系数α：∞Γ=（tg β）-1以上个式中，c 为浓度；T 为绝对温度（K ）；σ为表面张力；Γ为吉布斯吸附量；M 为溶质摩尔质量；ρ为溶质密度；S 为分子截面积；δ为分子长；α为吸附系数；N A 为阿伏伽德罗数（6.02×1023/mol ）；R 为气体常数。
为了求以上参数，关键是测σ。
2. 表面张力及界面张力 ，矢量。
源于凝聚相界面分子受力不平衡，意为表面的单位长度收缩力。
σ也是在个条件下凝聚系表面相得热力学强度性质，如果恒温 、恒压下扩大单位表面积所需的可逆功，故亦称为表面自由焓。
σ与凝聚相和表面共存接触相种类有关，还与T,P 有关，与凝聚相纯度和杂志种类有关。
浓度升高，溶液的σ有增有减，随溶质、溶剂而异，表面活性剂是两亲分子，他们的水溶液σ随浓度升高先剧降，后微升，在渐趋稳定。
σ随c 而变化的本质是溶液表面浓度对体相浓度的偏离，此现象称为表面吸附。
表面吸附量Γ与浓度有关，用吉布斯等温方程求出c ∂⎛⎫ ⎪∂⎝⎭σ为σ-c 曲线在指定浓度的斜率。
c ∂⎛⎫⎪∂⎝⎭σ<0, Γ>0为正吸附，表面浓度较体浓度高，达饱和吸附时，Γ趋于饱和吸附量∞Γ，此时两亲分子在溶液表面处于高度有序的竖立密集，形成单分子膜。
液体表面张力测量实验技巧详解
液体表面张力测量实验技巧详解液体表面张力是指液体表面的分子与周围分子相互作用引起的力量，它决定了液体在封闭容器中能否形成凸 meniscus，以及液体抵抗外界力量的能力。
测量液体表面张力非常重要，尤其在物理、化学、生物学等领域中。
本文将详细介绍液体表面张力实验的技巧，帮助读者更好地理解和实施。
1. 实验原理液体表面张力实验基于测量液滴的形状和尺寸来确定液体表面张力的大小。
当液滴形成时，表面张力会使得液滴变成一个封闭形式，而重力则试图使其变得扁平。
通过测量液滴的直径和高度，可以计算出液体的表面张力。
2. 实验装置与材料在进行液体表面张力实验时，我们需要准备以下装置和材料：- 玻璃注射器：用于装载液滴，并控制滴注速度；- 显微镜：用于观察液滴的形态和尺寸；- 千分尺：用于测量液滴的直径；- 量筒和容纳器：用于准确计量液体；- 夹子：用于固定容纳器；- 实验室台面或平台：用于稳定实验装置。
3. 测量过程a. 准备工作首先，我们需要选择适当的液体进行实验。
常用的液体有水、酒精、甘油等。
然后，用量筒或容纳器准确测量所需液体的体积，并倒入玻璃注射器中。
b. 液滴形成将玻璃注射器贴近实验室台面或平台，并将液体缓慢滴注至台面上，使液体形成一个小液滴悬于玻璃注射器尖端。
要注意滴注速度的控制，过快或过慢都会影响液滴形成和形态的稳定。
c. 形态观察与测量将显微镜与液滴保持适当距离，以便观察到液滴的形状和细节。
同时，用千分尺测量液滴直径的最大和最小值，并记录下来。
为了提高精确度，可以多次重复测量，并取平均值。
d. 计算液体表面张力根据测量得到的液滴直径和平均值，可以使用杨氏方程来计算液体的表面张力。
杨氏方程为T = (4γd)/D，其中T为表面张力，γ为液滴接触角余弦，d为液滴直径，D为液滴高度。
通过代入数值，就可以得到液体的表面张力值。
4. 实验注意事项在进行液体表面张力实验时，需要注意以下几点：- 液滴形成时要保持稳定，避免扰动和震动；- 控制滴注速度，过快或过慢都会影响实验结果；- 测量实验数据时要尽量避免人为误差，多次测量并取平均值以提高准确度；- 注意实验安全，避免误伤和液体溅出。
最大泡压法测定溶液的表面张力（泡压法、滴重法、毛细管升高法）
最⼤泡压法测定溶液的表⾯张⼒（泡压法、滴重法、⽑细管升⾼法）表⾯张⼒的测定——最⼤⽓泡压⼒法、滴重法、⽑细管升⾼法⼀、实验原理：1.最⼤⽓泡压⼒法测定表⾯张⼒（装置如下图所⽰）：其中，B是管端为⽑细管的玻璃管，与液⾯相切。
⽑细管中⼤⽓压为P0。
试管A中⽓压为P，当打开活塞E时，C中的⽔流出，体系压⼒P逐渐减⼩，逐渐把⽑细管液⾯压⾄管⼝，形成⽓泡。
当⽓泡在⽑细管⼝逐渐长⼤时，其曲率半径逐渐变⼩，⽓泡达最⼤时便会破裂。
此时⽓泡的曲率半径最⼩，即等于⽑细管半径r，⽓泡承受的压⼒差也最⼤△P=P0-P=2γ/r 此压⼒差可由压⼒计D读出，故γ=r△P/2若⽤同⼀⽀⽑细管测两种不同液体，其表⾯张⼒分别为γ1、γ2，压⼒计测得压⼒差分别为△P1、△P2则：γ1/γ2=△P1/△P2若其中⼀种液体的γ已知，例如⽔，则另⼀种液体的表⾯张⼒可由上式求得。
2．⽑细管⾝升⾼法（装置如下图所⽰）：⽑细管法测定表⾯张⼒仪器⽑细管表⾯张⼒⽰意图当⼀根洁净的，⽆油脂的⽑细管浸进液体，液体在⽑细管内升⾼到h⾼度。
在平衡时，⽑细管中液柱重量与表⾯张⼒关系为：2πσrcosθ=πr2gdhσ=gdhr/2cosθ（1）如果液体对玻璃润湿，θ=0，cosθ=1（对于很多液体是这样情况），则：σ=gdhr/2 （2）式中σ为表⾯张⼒；g为重⼒加速度；d为液体密度；r为⽑细管半径。
上式忽略了液体弯⽉⾯。
如果弯⽉⾯很⼩，可以考虑为半球形，则体积应为：πr3 -2/3πr3 =1/3πr3从（2）可得：σ=gdr/2（h+1/3r）（3）更精确些，可假定弯⽉⾯为⼀椭圆球。
（3）式应变为：σ=gdhr/2（1+1/3（r/h）-0.1288（r/h）2+0.1312（r/h）3）（4）3. 滴重法（装置如右图所⽰）：从图中可看出，当达到平衡时，从外半径为r的⽑细管滴下的液体重量应等于⽑细管周边乘以表⾯张⼒，即：mg=2πσr （5）式中m为液滴质量；r为⽑细管外半径；σ为表⾯张⼒；g为重⼒加速度。
溶液表面张力的测定实验报告
溶液表面张力的测定实验报告一、实验目的1、掌握最大气泡压力法测定溶液表面张力的原理和方法。
2、测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和表面活性剂分子的横截面积。
3、了解表面张力与溶液浓度之间的关系，加深对表面化学基本概念的理解。
二、实验原理1、表面张力在液体内部，每个分子都受到周围分子的吸引力，合力为零。
但在液体表面，分子受到指向液体内部的合力，使得液体表面有自动收缩的趋势。
要增大液体的表面积，就需要克服这种内聚力而做功。
在温度、压力和组成恒定时，增加单位表面积所做的功即为表面张力，用γ表示，单位为 N·m⁻¹或 mN·m⁻¹。
2、最大气泡压力法将毛细管插入待测液体中，缓慢打开滴液漏斗的活塞，让体系缓慢减压。
当压力差在毛细管端产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就会从毛细管口逸出。
此时，气泡内外的压力差最大，这个最大压力差可以通过 U 型压力计测量得到。
根据拉普拉斯方程：＼（＼Delta p ＝＼frac{2\gamma}｛r}＼）其中，＼（＼Delta p\）为最大压力差，＼（r\）为毛细管半径，＼（＼gamma\）为液体的表面张力。
对于同一根毛细管，＼（r\）是定值。
只要测出\（＼Delta p\），就可以算出液体的表面张力\（＼gamma\）。
3、表面吸附与吉布斯吸附等温式在一定温度下，溶液的表面张力随溶液浓度的变化而变化。
当溶质能降低溶剂的表面张力时，溶质在表面层中的浓度比溶液内部大，称为正吸附；反之，当溶质能升高溶剂的表面张力时，溶质在表面层中的浓度比溶液内部小，称为负吸附。
吉布斯吸附等温式为：＼（＼Gamma ＝＼frac{1}｛RT}＼frac{d\gamma}｛dC}＼）其中，＼（＼Gamma\）为表面吸附量（单位：mol·m⁻²），＼（R\）为气体常数（＼（8314 J·mol⁻¹·K⁻¹\）），＼（T\）为绝对温度，＼（C\）为溶液浓度，＼（＼frac{d\gamma}｛dC}＼）为表面张力随浓度的变化率。
物理实验技术使用中的液体表面张力测量方法
物理实验技术使用中的液体表面张力测量方法液体表面张力是物理实验中经常涉及的一个参数，它用于描述液体分子间所存在的相互作用力。
液体表面张力的测量方法有很多种，下面将介绍其中几种常见的方法。
一、测量液体表面张力的静态方法1. 悬滴法：这是一种最常见的测量液体表面张力的方法。
它的原理是利用重力对悬挂在管道或管道末端的液滴产生的形变进行测量。
通过测量液滴形变的大小，就可以得到液体的表面张力值。
2. 杜瓦细管法：这种方法是利用毛细现象测量液体的表面张力。
原理是将一个细管插入待测液体中，液体会上升到管内形成液柱，液柱高度与液体的表面张力有关。
通过测量液柱的高度和细管的半径，就可以计算出液体的表面张力。
3. 包水法：这种方法是利用包覆在半球形铜圆盘上的液膜表面积与液体的表面张力之间的关系进行测量。
通过测量液膜的表面积和液体的密度，就可以计算出液体的表面张力。
二、测量液体表面张力的动态方法1. 悬链法：这是一种利用悬挂链条受到液体表面张力作用形成的链条弧度来测量液体表面张力的方法。
通过测量链条的弧度和链长，就可以得到液体的表面张力值。
2. 细管法：这种方法是利用液体在细管内上升高度与液体表面张力成正比的关系来测量液体表面张力。
通过测量液体在细管内的上升高度和细管的内径，就可以计算出液体的表面张力。
3. 振荡法：这种方法是利用液体在封闭容器内产生振荡的频率与液体表面张力成反比的关系来测量液体表面张力。
通过测量振荡的频率和容器的几何参数，就可以计算出液体的表面张力。
总之，液体表面张力测量技术在物理实验中有着广泛的应用。
不同的测量方法适用于不同的实验需求，选择合适的方法可以准确测量液体的表面张力。
希望本文介绍的几种方法能够为科研工作者提供一些参考和帮助。
实验六： 溶液表面张力的测定
方程。
3. 在 g ~c 曲线上取十个点，作切线求斜率，并且带入各浓度
值，计算在各相应浓度下的Γ。
4. 用c/ Γ对c作图，应得一条直线，由直线斜率求出 Γ ∞。 5. 计算乙醇分子的横截面积A.
注意事项
吊环法测表面张力在一台仪器上测量
密度立即算，保留到小数点后三位，g/ml.
50ml溶液要测密度和表面张力，
（1）最大泡压法
当毛细管的下端端面与被测液体液面相切时，液
体即沿毛细管上升。打开抽气瓶（滴液漏斗）的活塞
进行缓慢放水抽气，此时测定管中的压力逐渐减小，
由于毛细管内液面上所受的压力（p大气 ） 大于测定管 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
在实验中，若使用同一支毛细管，则
K ' p
K’为毛细管常数。
在本实验中，用已知表面张力的水作为标准，求出仪 器常数的值。然后只要用这一仪器测得其它液体的 值，通过上式计算，即可求得各种液体的表面张力。
三、实验步骤
1. 配置不同浓度的乙醇-水溶液60-70ml：
浓度参考：3%,6%,10%,15%,20%,25%,40%
组成都恒定时，可逆地使表面增加ΔA所需对体系做的功，叫表
面功，可表示为：
W =gΔ A =ΔG
g 称为表面自由能，单位为J/m2。若把g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。
2. 溶液的表面吸附
（1）表面吸附: 根据能量最低原则 ,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, 表面层中的浓度比内部的低。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。 （2）吉布斯吸附方程:
溶液表面张力的测定的实验报告
溶液表面张力的测定的实验报告摘要：本实验通过测定溶液的表面张力来了解溶液的性质和分子间相互作用力。
实验采用了产生泡沫的方法来测定表面张力，并利用浓度变化方法来研究溶液浓度对表面张力的影响。
实验结果表明，溶液的表面张力与溶液浓度呈负相关关系。
引言：溶液表面张力是指液体表面上的分子间相互作用力所产生的张力。
表面张力的大小取决于液体的性质以及其中溶解物的种类和浓度。
表面张力的测定对于研究溶液的性质和分子间相互作用力具有重要意义。
实验方法：1. 实验仪器和试剂本实验使用的仪器有：玻璃管、注射器、容量瓶、计时器等。
试剂有：水、不同浓度的溶液等。
2. 实验步骤（1）制备不同浓度的溶液：分别取一定量的溶质，加入不同体积的溶剂中，摇匀得到不同浓度的溶液。
（2）产生泡沫：将玻璃管的一端浸入溶液中，用注射器吸取一些溶液，再将玻璃管的另一端封住，并快速取出。
（3）计时：在实验开始后，用计时器计时，记录泡沫保持完整的时间。
（4）重复实验：重复以上步骤，记录多组数据。
实验结果与分析：根据实验数据计算出不同浓度溶液的表面张力，并绘制表面张力与浓度的关系曲线。
实验结果显示，随着溶液浓度的增加，表面张力逐渐降低。
这说明溶液浓度的增加可以降低溶液的表面张力。
结论：通过本实验的测定，我们得出了溶液表面张力与溶液浓度呈负相关的结论。
这一结论对于研究溶液的性质和分子间相互作用力有着重要的意义。
讨论与展望：本实验采用了产生泡沫的方法来测定溶液的表面张力，并通过浓度变化方法研究了溶液浓度对表面张力的影响。
然而，本实验只考虑了溶液浓度对表面张力的影响，还可以进一步研究其他因素对表面张力的影响，如温度、压力等。
此外，本实验只使用了一种溶质，可以尝试使用不同的溶质进行实验，比较它们对表面张力的影响。
结语：通过本实验，我们了解了溶液表面张力的测定方法，并得出了溶液表面张力与溶液浓度呈负相关的结论。
这一实验为进一步研究溶液性质和分子间相互作用力提供了基础。
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) rσ2 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 Rp 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 cRT c d d (1)2σΓ−= (2-73) 式中R 为气体摩尔常数。
实验五溶液表面张力的测定
四、实验步骤： 实验步骤：
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 破前Ｕ型压力计两边的读数，并重复记录最高最低值三次，求平均值而得。 根据手册查出25℃时水的表面张力为＝71.97×10-3N·m-1，以σ/△h =K求
1、测定不同浓度（c）正丁醇水溶液的表面张力（s）。 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。
二、实验原理： 验原理：
1.表面张力的概念：在表层中，由于表面分子 净受一个向内的拉力的作用使部分表面分子进入 到内部，使表面分子总数减少，因此，表层分子之间的距离加大，从而使 表面分子沿该方向上的引力增大，这就使得分子间产生一个相互收缩的力， 这个分子间相互作用收缩的力就称为表面张力。 2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。
溶液表面张力的测定
溶液表面张力的测定一、实验目的：1、掌握最大气泡法压力测定表面张力的原理和技术；2、测定不同浓度的正丁醇水溶液的表面张力，根据吉布斯吸附公式计算溶液的吸附量，以及饱和吸附时每个分子所占的表面面积和吸附分子层厚度。
二、实验原理：在一定温度和压力下，溶液的表面吸附量（Γ）与溶液本体浓度（c ）之间的关系为：Tc d d RT c⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=Γγ- 其中R 为气体常数，T 为绝对温度。
吸附量与浓度之间的关系可以用Langmuir 等温吸附方程式表示 T c d d RT c kc kc ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=+Γ=Γ∞γ1 所以可得RTd kc kd c ∞Γ-=+γ1，两边积分得 RT k c k c ∞Γ--=⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎭⎫ ⎝⎛+0011ln 1ln γγ 当c 1=0时，RTkc ∞Γ--=+0011ln γγ RT RT e e kk c ∞∞Γ-Γ+-=γγ011 作γ-C 图测得RT ∞Γ，计算出Γ。
三、仪器和试剂：恒温槽装置；数字微压差计；支管试管；毛细管；液滴漏斗；烧杯； 正丁醇；蒸馏水。
四、实验步骤：1、仪器常数的测定：（1）仔细洗净支管试管与毛细管，连接装置；（2）加入适量的蒸馏水于支管试管中，毛细管端面与液面相切，恒温（20℃）20min ；（3）打开滴液漏斗缓慢抽气，使气泡从毛细管缓慢逸出，调节逸出气泡没1min20个左右。
读出压差计最大高度差，读3次，取平均值。
2、待测样品表面张力的测定：配制从0.02-0.08mol/L（0.025、0.05、0.10、0.15、0.20、0.25、0.30、0.40、0.60、0.80）的正丁醇溶液（正丁醇 =0.8109）。
可先配制0.80mol/L的溶液，其他的溶液用稀释的方法配制。
3、用待测溶液洗净支管试管和毛细管后，方法同1，装入待测样品，测定气泡缓慢逸出时的最大压差。
五、数据处理：六、注意事项：1、测定时毛细管及支管试管应洗涤干净，否则气泡不能连续形成，而影响最大压差的测量。
溶液表面张力的测定
溶液表面张力的测定2篇溶液表面张力的测定（一）溶液表面张力是指溶液分子表面与空气之间相互作用的力量，它决定了溶液的表面活性和液滴的形状。
测定溶液表面张力的方法有很多种，下面介绍两种常用的方法。
第一种方法是通过测定液滴的形成与脱落来确定溶液的表面张力。
首先，将待测溶液注入一支细玻璃管，然后将玻璃管封住一端，形成一个液滴。
将液滴悬挂在一支细玻璃管的口部，在注射器的作用下，逐渐减小外界下拉力的大小，当拉力减小到一定程度时，液滴会从玻璃管口部脱落。
通过测量拉力减小的大小以及液滴脱落的时间，可以计算出溶液的表面张力。
第二种方法是通过测定表面活性剂的背压差来确定溶液的表面张力。
表面活性剂能够降低液体与气体之间的表面张力，当表面活性剂存在于溶液中时，其背压会发生变化。
通过测量溶液在不同表面活性剂浓度下的背压差，可以计算出溶液的表面张力。
以上两种方法都有各自的优缺点。
第一种方法简单易行，但由于液滴形成与脱落时间的测量存在一定误差，可能会影响测定结果的准确性。
第二种方法相对较准确，但需要复杂的仪器设备和数据处理方法，操作难度较大。
溶液表面张力的测定（二）除了上述介绍的两种常用的方法外，还有一种称为测定溶液表面张力的最大持续重量的方法。
该方法利用张力的重要特性：液体表面张力越大，液表面上能负载的最大质量也就越大。
具体步骤如下：首先，准备一个长而细的玻璃管，管内注入待测溶液，然后将管封住一端，形成一个长液柱。
然后，将液柱的另一端固定在一支水平的金属丝上。
接着，逐渐挂载负重砝码在液柱上，直到液柱断裂为止。
断裂时所挂载的质量即为液柱所能负载的最大质量，通过对液柱的几何参数和质量进行测量和计算，可以得到溶液的表面张力。
这种方法的优点是测定结果的准确性高，且不受液滴形成与脱落时间的影响。
但缺点是需要精确测量液柱的几何参数，并且操作相对较为复杂。
综上所述，测定溶液表面张力的方法有多种，每种方法都有各自的优缺点。
实际应用中，可以根据具体情况选择最适合的方法进行测定。
溶液表面张力的测定
希望对大家有所帮助，多谢您的浏览！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：TC 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 TC ⎪⎭⎫ ⎝⎛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。
溶液表面张力的测定
溶液表面张力的测定
溶液的表面张力是指溶液表面的分子间作用力造成的表面膜的收缩能力，一般用mN/m单位来表示。
测定溶液的表面张力可以使用以下方法：
1. 静态滴法：将溶液滴在一个垂直毛细管的顶端，并测量液滴的半径。
根据液滴的形态、重力和表面张力的关系，可以计算得到表面张力。
2. 干涉法：利用光的干涉现象测量溶液表面膜的厚度，从而推断表面张力。
3. 面张力法：使用浮力法或附加负荷法，通过测量不同负荷下的表面张力，推断溶液的表面张力。
4. 颜色法：在溶液表面加入某种颜料或指示剂，根据颜色的分布或溶液颜色的变化，推算表面张力。
需要注意的是，不同的测定方法适用于不同类型的溶液和浓度范围。
因此，在选择测定方法时需要考虑溶液的性质和测量条件。
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。
《物化实验报告范本》溶液表面张力的测定
溶液表面张力的测定——最大气泡法周阳 2009030009 生94实验日期：2011年4月16日星期六 提交报告日期：2011年4月23日星期六助教老师：张老师 同组实验同学：曹逸涵1 引言1.1 实验目的1． 用最大气泡法测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力。
2． 利用吉布斯公式计算不同浓度下正丁醇溶液的吸附量，进而求出正丁醇分子截面积和饱和吸附分子层厚度。
3． 学会镜面法作切线的方法。
1.2 实验原理1.2.1 表面张力分子在表面层内比在液体内部有较大的势能，这势能就是表面自由能。
在恒温、恒压及组成不变的条件下，使表面积可逆地增加dA ，体系自由能的增量dG 应等于环境对体系所做的表面功−δw ′即dG ＝−δw ′＝γdA （1）式中γ为比例常数，称为比表面自由能，其量纲为J ·m ‐2。
因其量纲又可以写成N /m, 所以γ还可称为表面张力1.2.2 溶液的表面吸附溶质能引起溶剂表面张力的变化，在一定的温度和压力下，吉布斯用热力学的方法推导出了溶液表面吸附量与溶液的表面张力和溶液浓度之间的关系，即Tdc d RT c ⎟⎠⎞⎜⎝⎛−=Γγ （2） 式中Γ为表面吸附量（mol ·m ‐2）, γ为溶液的表面张力（J ·m ‐2），T 为热力学温度（K ），c 为溶液的浓度（mol ·dm ‐3），R 为气体常数。
由吉布斯吸附等温式可看出，只要测得某—温度下不同浓度溶液的表面张力，以γ~ c 作图，在γ~c 的曲线上作不同浓度下的切线，可获得不同浓度所对应的斜率Tdc d ⎟⎠⎞⎜⎝⎛γ，将斜率代入（2）式中，即可求出不同浓度时气一液界面上的吸附量Γ。
1.2.3 饱和吸附量和溶质分子的横截面积在一定的温度下，吸附量Γ与浓度c 之间的关系，可用Langmuir 吸附等温式表示KcKc+Γ=Γ∞1 (3)式中Γ∞ 为饱和吸附量，K 为经验常数，其值与溶质的表面活性大小有关。
溶液表面张力测定实验
溶液表面张力测定实验
溶液表面张力测定实验是用来测量溶液的表面张力的实验方法。
表面张力是指液体分子之间的相互作用力使液体表面存在一种趋向于减小表面积的特性。
实验装置：
1. 准备一个测量表面张力的仪器，如测滴管或平衡管。
2. 准备一台电子天平。
3. 准备一定量的溶液样品。
4. 准备一定量的去离子水。
实验步骤：
1. 将测量仪器安装在支架上，并将管道尖端放在溶液表面上。
2. 用电子天平称取一定质量的去离子水，然后将其倒入测量仪器中，直至溶液表面几乎接触到仪器尖端。
3. 轻轻调节测量仪器，使水滴可以从尖端滴下，在滴下前停止调节。
4. 观察水滴从尖端滴下的现象，记录下滴下的时间。
5. 将水滴滴到称量纸上，用电子天平称取水滴的质量。
6. 重复以上步骤2-5，但用溶液样品代替去离子水。
7. 根据所得的数据，计算出溶液的表面张力。
注意事项：
1. 实验过程中要保持仪器和溶液表面的洁净，避免外界因素的干扰。
2. 测量仪器的管道尖端要与液体表面保持水平。
3. 实验前要确保电子天平的准确性，及时校正仪器漂移。
4. 每次实验完成后要清洗测量仪器，以免前后实验结果相互影响。
实验原理：溶液的表面张力可以由静态法或动态法测定。
静态法是通过测量液体在测量仪器中形成平衡的液滴的质量来确定表面张力；动态法则是通过测量液滴从测量仪器中滴下所需的时间来确定表面张力。
溶液表面张力的测定
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。
4、实验时，为什么溶液浓度以由稀至浓测定为宜？ 1、测定不同浓度正丁醇（乙醇）水溶液的表面张 力；
时纯水的表面张力为7.275×10 本实验采用最大泡压法，实验装置如图一所示。
－
5、纪录压力计最大值，重复二次，求出P最大1平均值。
N/m(或J/m )。 D为U型压力计，内装水以测压差；
2 （7）计算正丁醇分子的横截面积S0。
2
（7）计算正丁醇分子的横截面积S0。
2、测定不同浓度溶液的表面张力时应注意什么？
溶液表面张力的测定
5、纪录压力计最大值，重复二次，求出P最大1平均值。
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。
（7）计算正丁醇分子的横截面积S0。
2、将仪器仔细洗涤干净，调节恒温槽温度为25℃。
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：
pma x p 大 气 p 系 统 hg
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：
r2r p ma xr2 h g2 r
口端面刚好与液面向切？ 4、实验时，为什么溶液浓度以由稀至浓测定为宜？ 5、测定中能否应用加压的方法来鼓泡？
二．实验原理
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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--=--=
c
σ
21d d c
b b -=- 代入吉布斯吸附方程，得到该浓度时的吸附量为：
T c
σ)d d (RT c Γ-
==RT b2
b1-
吸附量与浓度之间的关系可以用Langmuir 等温吸附方程式表示：
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 作
Γ
C
～C 图，得一直线，由此直线的斜率和截距可求常数Γ∞和K 。
如果以N 代表1 m 2表面层的分子数，则: N=Γ∞ NA 式中,NA 为Avogadro 常数，则每个分子的截面积A S 为： ∞
=Γ
N 1A A s
三、 仪器药品及材料
ZP-W 表面张力测定仪一套；
0.050﹑0.100﹑0.200﹑0.300﹑0.400﹑0.500﹑0.600﹑0.700mol·L -1正丁醇溶液。
四、简述实验步骤和条件
1﹑装好实验仪器，检查气密性。
2﹑仔细用热洗液洗涤毛细管，再用蒸馏水冲洗数次。
3﹑毛细管常数K的测定：在清洁的试管中加入约四分之一体积的蒸馏水，装上清洁的毛细管，使端面恰好与液面相切。
打开分液漏斗使水缓缓滴出，控制滴水速度，使气泡均匀稳定的逸出，每3-5s一个气泡为宜，在气泡破裂时读出压力差，连续读三次，取平均值。
4﹑正丁醇溶液一须张力的测定：将试管中的水倒出，用待测溶液将试管和毛细管仔细洗涤三次，在试管中装入待测溶液，用上述方法测定浓度为0.050﹑0.100﹑0.200﹑0.300﹑0.400﹑0.500﹑0.600﹑0.700mol·L-1正丁醇溶液的压力差，分别测三次，取其平均值。
五、实验数据及现象的原始记录（需作表格的自作）：
原始数据记录：温度（30℃）
表1-实验数据记录表
六、实验数据处理：
1﹑利用水的表面张力求出毛细管常数K
查表得：30℃下水的表面张力为7.118×10-2(N· m-1) 由σ=K△p得:
K=σ/△p=7.118×10-2 (N· m-1)/ 593 Pa=1.200×10-4 2﹑计算不同浓度的正丁醇表面张力计算如下:
σ0.050=K△p=1.200×10-4×511.67=6.1400×10-2N· m-1
σ0.100=K△p=1.200×10-4×449.67=5.5160×10-2N· m-1
σ0.200=K△p=1.200×10-4×383.33=4.6000×10-2N· m-1
σ0.300=K△p=1.200×10-4×327.67=3.9320×10-2N· m-1
σ0.400=K△p=1.200×10-4×312.00=3.7440×10-2N· m-1
σ0.500=K △p =1.200×10-4×287.00=3.4440×10-2N· m -1 σ0.600=K △p =1.200×10-4×247.67=2.9720×10-2N· m -1 σ0.700=K △p =1.200×10-4×221.00=2.6520×10-2 N· m -1
3﹑用origin 二次多项式拟合作σ-c 图，并在曲线上选取6点作切线和水平线段，求b 1b 2值。
图1 σ-c 图
拟合方程为
σ= 0.06133-0.07964c + 0.04448c 2 得)dc
d σ
(
T =-0.07964+0.08896c
图2
c=0.1303, b
1=0.0603067，b
2
=0.05171
图3
c=0.2679，b 1=0.0583666，b 2=0.04309
图4
c=0.3303，b 1=o.o557521，b 2=0.03988
图5
c=0.4679，b 1=0.0522692，b 2=0.03374
图6
c=0.5，b 1=0.0496907，b 2=0.03263
图7
c=0.5303，b 1=0.0475885，b 2=0.03161 4﹑计算各浓度的Γ和Γ
c。
已知 ΓRT
b b 2
--
=1 计算结果如下： 表-2 数据处理表
5﹑作Γ-c 图和Γc -c 图并由Γ
c -c 图曲线的斜率求出Γ∞和K 值
图8 Γ-c 图
图9
Γ
c
-c 图
Y = A + B * X A =17613.18839 B =110768.02877 因为
所以
∞
Γ1
= B =110768.02877 得∞Γ=1/110768.02877=9.02787×10-6mol·m -2
K
Γ1
∞=A =得k =1/(9.02787×10-6*17613.18839)=6.28893
七、 讨论（主要内容是：①误差分析；○
2实验中异常现象处理；○3对本实验的改进意见；○4回答思考题。
）： 误差分析：恒温槽的振动引起读数有少量波动。
思考题：1.为什么液体的表面张力随温度升高而下降？ 答：温度升高时，通常总是使界面张力下降，从热力学的基本公式∑++--=B
B B S dn μγdA pdV SdT dA 推出b S B n V,,A n V,T,S )T
γ
()A S (
∂∂-=∂∂等式两边同时都乘以T ，则)T γ
T(
∂∂-的值等于在温度不变时可逆扩大单位表面积所吸的热)dA dS (T S ，这是正值，所以0T
γ
<∂∂即γ的值
将随T 的升高而下降。
八、 结论（是否达到了预期目的，学到了那些新知识）：
本实验基本达到了预期的目的，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。
掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术，巩固了origin 的使用。