实验1.纯液体表面张力测定及温度对表面张力的影响

实验1 纯液体表面张力测定及温度对表面张力的影响

一、实验目的

1. 学习并掌握用吊环法测定纯液体表面张力的原理和方法；

2. 测定不同温度下纯液体的表面张力，讨论温度对纯液体表面张力的影响。

二、基本原理

液体中各分子间相互吸引，在液体内部，每个分子所受的各方面的力是一样的，即受力平衡，靠近表面的分子则不同，液体内部对它的吸引力大于外部（通常指空气）对它的引力，故表面分子受到向内的拉力，表面产生自动缩小的趋势。要扩大液体表面，即把一部分分子从内部移到表面上就必须对抗拉力而作功。在等温等压下增加单位表面积所需的功称表面自由能，单位为（N·m -1）。即沿着液体表面，垂直作用于单位长度上的紧缩力，定义为表面张力，用γ表示。

测表面张力的方法有很多种，有毛细管上升法，滴体积法，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。

液体表面张力与温度关系的研究虽已有一个世纪之久，但尚无准确的理论关系。已建立了一些经验关系，在一定范围内可代表实验结果，也可满意地用于内插之类的数据处理。最简单的经验公式是

γ = γ0(1-bT ) (1)

其中T 为绝对温度。γ0和b 为随体系而变的经验常数。由于在液体临界温度时气-液界面将不存在，这时表面张力应该为零，故γ –T 关系可用对比温度表示：

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=c 01T T γγ (2) 其中T c 为液体临界温度。 考虑到一般液体在低于临界温度时表面张力已变为零，Ramsay 和 Shieds 建议改用下列经验公式：

()(6c 3

2−−=T T k M νγ) (3)

其中M 为分子量，υ为比容，k 为常数。 van der Waals 从热力学角度改进了式(2)，得出

n

T T ⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=c 01γγ (4)

常用多项式来代表表面张力随温度变化的实验结果，一般形式为

γ = γ0 + aT + bT 2 + cT 3 + (5)

Harkins 测定的水表面张力随温度变化关系被表示为

2O H 00024.0145.0796.752

t t −−=γ (6) 其中t 为摄氏温度。此式适用温度范围是10-60o C 。

三、仪器药品

JYW-200D 自动界面张力仪；量筒；烧杯；镊子；洗瓶；温度计

四、实验步骤

1、检查仪器上水准泡，调节基座上调平旋钮，使仪器水平。

2、打开电源开关，稳定15分钟。

3、把铂金环和玻璃杯进行很好的冲洗。铂丝圆环的清洗方法：先在石油醚中清洗，接着用丙酮漂洗，然后再煤气灯或酒精灯的氧化焰中加热、烘干铂丝圆环。在处理包括后续试验中取挂铂丝圆环时要特别小心，以免铂金环变形。

4、用镊子夹取铂丝圆环挂在杠杆挂钩上，小心注入被测液体40-50 mL ，开通恒温循环水泵。

5、在“开机初始页”连续按“▲”键四次，液晶界面显示“试验显示 按确认键进入”菜单页，再按“确认”进入试验显示主页。 P ：000.00 mN/m D ：0

F ：000.00 mN/m < + ↑

6、按“清零”键，后按“▲”键玻璃杯平台上升，液晶界面右下边显示“<↑”提示符。

7、待铂金环浸没液体时，平台自动停止上升、按“清零”键使P 值变为000.00 mN/m 。按“▼”键、按“保持”键，玻璃杯平台下降，液晶界面右下边显示“+↓”提示符。随着玻璃杯平台下降，P 值不断增大，液膜被拉破，玻璃杯平台自动停止。此时P 值即是测定值，F 值即是该液体的实际力值，记录该值。

8、按“清零”键取消保持状态。按“▲”键玻璃杯平台上升，液晶界面右下边显示“<↑”提示符。待铂金环浸没液体时，平台自动停止上升。（此时不管P 值是不是0.00都不要再按“清零”键）

9、按“▼”键、按“保持”键，玻璃杯平台下降，液晶界面右下边显示“+↓”提示

符。重复5次后，按“复位”键进入开机主页面，再重复5-9项操作。

10. 用镊子小心取下铂丝环后，更换样品，继续测量。试验完毕，关闭电源。

11. 改变水浴温度（20 o C，30 o C，30o C，50 o C）测定不同温度下纯水的表面张力。

12. 每个水温分别测量五次，记录表面张力F值，求五次F的平均值。

五、数据处理

1. 记录吊环法测定水的表面张力。

2. 作γ~ t图，拟合曲线方程，讨论并分析纯水表面张力与温度的关系。

3. 根据式(6)计算不同温度下纯水表面张力的理论值，与实验值相比较。