表面张力的测定讲解
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表面张力的测定
一、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. 测定不同浓度正丁醇溶液的表面张 力的测定。
3.加深对表面张力、表面自由能、 Gibbd吸附关系式和Langmuir等温吸 附式理解。
4.确定正丁醇的横切面积。
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。
Γ c d
RT dc
Γ c (d )T
RT dc
G为表面吸附量(mol.m-2)，σ为表面张力（J.m2）。 d 0, 0 溶质降低溶剂的表面张力，溶液表面层的 dc 浓度大于内部的浓度，称为正吸附作用。 d 0, 0 溶质增加溶剂的表面张力，溶液表面层的
Pm
2 r
用已知表面张力的液体作为标准，可以测得仪器ห้องสมุดไป่ตู้数K，也可以测定 其它求知液体的表面张力。
吸附量与浓度之间的关系可以用Langmuir 等温吸附方程式表示：
Γ
1
kc kc
式中，Γ∞为饱和吸附量,k为经验常数。将上
式整理得：
c
Γ
1
c
1
k
以c/Γ对c 作图可得到一条直线，其斜率的倒
五、实验注意事项
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。
2.测定时毛细管端刚好和溶液面相切。 3.控制好滴液漏斗的放液速度，以利于 读数的准确性。
3、用待遇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。
四、数据记录及处理
1、计算仪器常数 ； 2、计算溶液的表面张力，以浓度C为横坐标， 以σ为纵坐标作图，横坐标从0开始，并连成 光滑曲线。
浓度 0.02 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
（3）打开滴液漏斗缓慢抽气，使气泡 从毛细管缓慢逸出，调节逸出气泡均 匀的放出，大约每分钟20个左右。以 微压差计记录2分钟实验数据，读出最 大压差，读3次，取平均值。
2、待测样品表面张力的测定：配制从 0.02~0.4mol/L系列（0.02, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.35, 0.40）的 正丁醇溶液。（正丁醇ρ=0.8109）可 先配制0.40mol/L的溶液， 其余的进行 稀释配制即可。
在气泡形成的过程中，由于表面张力的作用，凹液面产生一个指向液 面外的附加压力Dp，
p大气 p系统 p
ΔP附加压力与表面张力成正比，而与毛细管半径成反比，即
P 2 R
气泡刚形成时，由于表面几乎是平的，所以曲率半径R极大；当气泡 形成半球形时，曲率半径R等于毛细管半径r，此时R值最小。随着气 泡的进一步增大，R又趋增大，直至逸出液面。
最大 压差
表面 张力
3、在曲线上取若干（ 0.03, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.30, 0.40 ）点，求其斜率，并计算吸 附量。
浓度c
m 吸附 量Γ
c/ Γ
以Γ为纵坐标，c为横坐标，绘出吸附量与浓 度关系图。
以c/ Γ为纵坐标，c为横坐标，绘出c/ Γ 与浓度关系图。并求出Γ∞值，计算正 丁醇的分子截面积。
数为Г∞。
最大吸附时，在表面形成一层单分子膜，如 果以N代表1m2表面层的分子数，则:
N NA
式中,NA为Avogadro常数，则每个分子的截面 积A为: A 1
NA
三、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）加入适量的重蒸馏水于支管试管 中，毛细管端面与液面相切。
dc
浓度小于内部的浓度，称为负吸附作用。 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。
最大气泡法测定表面张力的装置。待测液体中间 试管中，使毛细管端面与液面相切，液面随时毛 细管上升。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面所受压力 ，毛细管液面不断下降，将从毛细管缓慢析出气 泡。
液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表 面张力愈小；液体的表面张力也与液体的纯 度有关，变化的大小决定于溶质的本性和加 入量的多少。
若溶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，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：
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。
*增大一平方米表面所需的最大功W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-2。 *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。
一、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. 测定不同浓度正丁醇溶液的表面张 力的测定。
3.加深对表面张力、表面自由能、 Gibbd吸附关系式和Langmuir等温吸 附式理解。
4.确定正丁醇的横切面积。
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。
Γ c d
RT dc
Γ c (d )T
RT dc
G为表面吸附量(mol.m-2)，σ为表面张力（J.m2）。 d 0, 0 溶质降低溶剂的表面张力，溶液表面层的 dc 浓度大于内部的浓度，称为正吸附作用。 d 0, 0 溶质增加溶剂的表面张力，溶液表面层的
Pm
2 r
用已知表面张力的液体作为标准，可以测得仪器ห้องสมุดไป่ตู้数K，也可以测定 其它求知液体的表面张力。
吸附量与浓度之间的关系可以用Langmuir 等温吸附方程式表示：
Γ
1
kc kc
式中，Γ∞为饱和吸附量,k为经验常数。将上
式整理得：
c
Γ
1
c
1
k
以c/Γ对c 作图可得到一条直线，其斜率的倒
五、实验注意事项
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。
2.测定时毛细管端刚好和溶液面相切。 3.控制好滴液漏斗的放液速度，以利于 读数的准确性。
3、用待遇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。
四、数据记录及处理
1、计算仪器常数 ； 2、计算溶液的表面张力，以浓度C为横坐标， 以σ为纵坐标作图，横坐标从0开始，并连成 光滑曲线。
浓度 0.02 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40
（3）打开滴液漏斗缓慢抽气，使气泡 从毛细管缓慢逸出，调节逸出气泡均 匀的放出，大约每分钟20个左右。以 微压差计记录2分钟实验数据，读出最 大压差，读3次，取平均值。
2、待测样品表面张力的测定：配制从 0.02~0.4mol/L系列（0.02, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.25, 0.30, 0.35, 0.40）的 正丁醇溶液。（正丁醇ρ=0.8109）可 先配制0.40mol/L的溶液， 其余的进行 稀释配制即可。
在气泡形成的过程中，由于表面张力的作用，凹液面产生一个指向液 面外的附加压力Dp，
p大气 p系统 p
ΔP附加压力与表面张力成正比，而与毛细管半径成反比，即
P 2 R
气泡刚形成时，由于表面几乎是平的，所以曲率半径R极大；当气泡 形成半球形时，曲率半径R等于毛细管半径r，此时R值最小。随着气 泡的进一步增大，R又趋增大，直至逸出液面。
最大 压差
表面 张力
3、在曲线上取若干（ 0.03, 0.05, 0.10, 0.15, 0.20, 0.30, 0.40 ）点，求其斜率，并计算吸 附量。
浓度c
m 吸附 量Γ
c/ Γ
以Γ为纵坐标，c为横坐标，绘出吸附量与浓 度关系图。
以c/ Γ为纵坐标，c为横坐标，绘出c/ Γ 与浓度关系图。并求出Γ∞值，计算正 丁醇的分子截面积。
数为Г∞。
最大吸附时，在表面形成一层单分子膜，如 果以N代表1m2表面层的分子数，则:
N NA
式中,NA为Avogadro常数，则每个分子的截面 积A为: A 1
NA
三、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）加入适量的重蒸馏水于支管试管 中，毛细管端面与液面相切。
dc
浓度小于内部的浓度，称为负吸附作用。 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。
最大气泡法测定表面张力的装置。待测液体中间 试管中，使毛细管端面与液面相切，液面随时毛 细管上升。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面所受压力 ，毛细管液面不断下降，将从毛细管缓慢析出气 泡。
液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表 面张力愈小；液体的表面张力也与液体的纯 度有关，变化的大小决定于溶质的本性和加 入量的多少。
若溶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，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：
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。
*增大一平方米表面所需的最大功W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-2。 *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。