溶液的表面张力课件
第二章 溶液表面
T
1、Gibbs表面（相界面） 与纯液体的相似，就是在气-液（、） 两相的过渡区内划定一个无厚度的、理想 的几何面，实际体系分为、两相。
第二章 溶液表面 Chapter 2 Surface of Solution
§2-1 溶液表面张力与表面活性
§2-2 溶液表面的吸附
第二章 溶液表面 Chapter 1 Surface of Solution §2-1 溶液表面张力与表面活性 §2-1-1 溶液表面张力 ① 表面惰性物质—自身内 1 聚能较高，与溶剂作用较 0 强，如：泉水，海水无机 盐电解质、多羟基有机物、 蔗糖、甘露醇等。
②非极性基团与水分子间缺少强烈的相互 作用，无法补偿熵减少所引起的自由能升高， 而出现逃离水的趋势，即疏水效应。 疏水效应是熵驱动过程：G= H -TS 若TS > H, 则G < 0, 过程可自动进行。 如：溶液表面吸附和胶团化
碳氢基团越大，疏水效应越明显， 表面活性也就越强。
烃分子从水溶液迁移到烃溶液的过程 就是疏水效应的结果。 HC-W= HC-W =RTlnxW 一系列直链、支链、环烷化合物的理 论计算值和实验值都支持“似冰理论”。 3、表面活性 表面活性的物理化学作用 —表面吸附和胶团化
相界面的热力学基本方程： dU= dH = TdS +dA+idni dF = dG = -SdT +dA+idni 与全微分式比较得： SdT+Ad+nidi =0 恒温下：i=i+RTlnai 则：SdT+Ad+nidi = Ad+niRTdlnai =0
溶液表面张力的测定
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❖ 3. 表面张力随溶液浓度变化的测定 ： 用 少量0.005mol/L正丁醇溶液润洗表面张力 仪，注入正丁醇溶液以使液面恰与毛细管 尖端相切，同步骤2的操作，记录压力差 计的液面高度差，连续读取三次，取其平 均值。然后依次换取0.15mol/L、0.25mL、 0.35mol/L、0.45mol/L、0.50mol/L正丁 醇溶液，每换一次测定一次压力差Δh最大， 平行测定三次，取平均值。
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七.思考题：
1.用最大泡压法测定表面张力时为什么要读最大压力差？ 2.毛细管尖端为何必须调节得恰与液面相切？否则对实 验有何影响？ 3. 最大泡压法测定表面张力时为什么要读最大压力差？ 如果气泡逸出的很快，或几个气泡一齐出，对实验结果 有无影响？ 4. 本实验选用的毛细管尖的半径大小对实验测定有何影 响？若毛细管不洁净会不会影响测定结果？
❖ 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。
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❖ 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)
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五.注意事项：
１.仪器系统不能漏气。 ２.所用毛细管必须干净、干燥，应保持垂直， 其管口刚好与液面相切。
３.读取压力计的压差时，应ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ气泡单个逸出时 的最大压差。
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六.数据处理：
1. 计算仪器常数K和溶液表面张力σ，绘制σ—C 等温线。 2. 作切线求Z，并求出Г，C/Г。 3. 绘制Г—C，C/Г—C等温线，求Г∞并计算So。
表面张力和表面能 课件
在大气污染控制中，表面张力用于颗粒 物的沉降和去除，从而降低大气中的颗 粒物浓度。例如，在湿法脱硫中，表面 张力用于控制液滴的粒径和分布，从而
提高脱硫效率。
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表面张力的物理意义
表面张力是液体表面所具有的 一种特性，它反映了液体表面 分子间相互作用的强弱。
表面张力决定了液体表面的形 状、大小以及液滴的形状和稳 定性。
表面张力在许多物理现象中起 着关键作用，如毛细现象、润 湿现象、气泡形成和破裂等。
表面张力的影响因素
温度
温度升高，表面张力降低；温 度降低，表面张力增大。
阳能电池板的效率。
在燃料电池的液态水管理中，表 面张力用于控制水分的分布和迁 移，从而影响燃料电池的性能和
寿命。
在环境保护中的应用
表面张力和表面能在环境保护中也有着 重要的应用，如水处理、大气污染控制
、土壤修复等。
在水处理中，表面张力用于控制水的表 面张力，从而提高水处理的效率。例如 ，在超滤膜过滤中，表面张力用于控制
在石油工业中，表面张力用于油水分离、油泥清洁等，以提高采收率和 生产效率。
在化学工业中，表面张力用于化学反应的速率控制、化学物质的分离和 提纯等。
在能源开发中的应用
表面张力在能源开发中也有着重 要的应用，如太阳能电池板的清 洗、燃料电池的液态水管理、核
反应堆的冷却剂管理等。
在太阳能电池板的清洗中，表面 张力起着重要作用，清洗剂的选 择和清洗工艺的优化可以提高太
物质种类
不同物质具有不同的表面张力 ，同一物质在不同温度和压力 下也具有不同的表面张力。
压力
压力对表面张力影响较小，但 在高压下也会引起表面张力的 变化。
不同温度下水的表面张力
附表一不同温度下水的表面张力用origin 作σ~t 曲线图得以下图：σ/10-3N ·m -1t℃由上图能够看出水的表面张力与温度呈负相关，且近似为线性关系，即温度越高，水的表面张力越小。
表面张力是指液体作用于单位长度分界限的张力。
通常说的表面张力事实上指的是界面张力，因为这种张力是在相的界面上发生的行为。
物质表面层分子与内部份子周围的状况不同，内部份子所受临近相同分子的作使劲是对称的，各方向的力彼此抵消；但表面层分子，一方面受到本相内分子的作用，另一方面受到性质不同的另一相分子的作用。
由于两相分子性质不同，液体表面层里分子受力的球对称性受到破坏而受到指向液体内部的合力作用。
因此，若是把一个分子从内部移到表面或增大表面积时，就必需克服体系内部份子之间的吸引力而对体系作功，称为表面功。
在恒温、恒压和组成恒按时，有-dW ’=σdA (1)式中，W ’为表面功（J ）；σ为表面张力（N ）；A 为表面积（m 2）.在恒温恒压下，吉布斯自由能ΔG=-ΔW ’，那么ΔG=σΔA ，因此（1）式可变成σ=（аG/аA ）T,P (2)此式为温度、压强一按时，表面张力的经常使用概念式。
T ，P 表示在恒温恒压下。
依照（2）式及热力学的大体公式，可取得：(аσ/аT ）A,V =-(аS/аA)T,V (3) (аσ/аT) A,P =-(аS/аA)T,P (4) 式中，S 为表面熵，V 为体积。
将（3）、（4）两式两边都乘以T ，那么有：-T （аσ/аT ）=（T*dS/dA ） (5)-T （аσ/аT ）的值等于在温度不变时扩大单位表面积所吸的热（T*dS/dA ），这是正值，因此（аσ/аT ）<0，即该值随T 的升高而下降，从而可推知假设以绝热的方式扩大表面积，体系的温度必将下降。
附表二由σ=K*ΔP 可求得不同浓度的正丁醇溶液的表面张力σ，见下表：K=*10^（-4）m0.000.050.100.150.200.250.300.350.400.0350.0400.0450.0500.0550.0600.0650.070σ/(N /m )C/(mol/L)σ~C曲线如下图，正丁醇溶液的σ~C 曲线为近似滑腻的曲线，且正丁醇溶液的表面张力σ随浓度C的增大而减小，即(dσ/dc)T<0。
第一章气液界面-课件
第一章气－液界面性质1.1液体的表面1.1.1表面张力和表面自由能1.1.2表面热力学基础1.1.3弯曲液体表面的一些现象1.1.4液体表面张力的测定方法1.2溶液的表面1.2.1溶液的表面张力1.2.2溶液的表面吸附引言表面和界面(s u r f a c e a n d i n t e r f a c e)常见的界面有：1.气-液界面2.气-固界面3.液-液界面4.固-固界面1.1液体的表面1.1.1表面张力和表面自由能表面张力液体表面具有自动收缩表面的趋势。
当无外力影响时，一滴液体总是自发地趋向于球形。
而体积一定的几何形体中球体的面积最小。
故一定量的液体由其它形状变为球形时总伴随着面积的缩小。
因为液体表面分子与液体内部分子所处环境不同（所受力不同）考虑一种液体与蒸汽平衡的体系，在液体内部每个分子所受周围分子的吸引是各向同性的，彼此互相抵消。
故处于溶液内部的分子可自由运动无需做功。
而处于表面上的分子则不同，由于气相密度小，表面分子受液体内部的吸引力要大于外部气体分子对它的引力，所以表面层分子受到一指向内部的合力：F＝2γl其中γ代表液体的表面张力系数，即垂直通过液体表面上任一单位长度与液面相切的力。
简称表面张力（s u r f a c e t e n s i o n）是液体基本物化性质之一，通常以m N/m 为单位。
表面（过剩）自由能当分子从液体内部移向表面时，须克服此力作用做功。
使表面分子能量要高于内部分子能量。
于是当液体表面积增加（即把一定数量液体内部分子转变为表面上分子）体系总能量将随体系表面积增大而增大。
表面（过剩）自由能：对一定量的液体，在恒定T，P下，体系增加单位表面积外界所做的功。
即增加单位表面积体系自由能的增加。
d G=－S d T+V d P+γd A注重：表面自由能并非表面分子总能量，而是表面分子比内部分子自由能的增加。
在恒温恒压条件下：d G=γd Aγ=△G/A故表面张力γ：为恒温恒压下增加单位表面积时体系G i b b s自由能的增量，称其为比表面自由能，简称表面自由能。
实验三 溶液表面张力的测定
实验三 溶液表面张力的测定一、实验目的1、掌握最大气泡法测定表面张力的原理，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。
3、.了解气液界面的吸附作用，计算表面层被吸附分子的截面积及吸附层的厚度。
二、实验原理从热力学观点来看，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:(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:(2)式中：Γ—表面吸附量，mol ·m -2；σ—表面张力，N ·m -1；C —溶液浓度，mol ·m -3；T —热力学温度，K ；R —摩尔气体常数，其值为8.314 J ·mol -1·K -1。
当<0时，Г>0称为正吸附；当>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3-1看出（图3-1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）。
2溶液的表面张力与表面吸附
✓ 其他因素相同时，非离子型的表面活性剂的饱和吸附量大于离子型的。这是因为吸附在表面上的 表面活性离子带相同电荷，彼此存在电斥力，使其吸附层较为疏松。
3.39
9.82
31.4
93.1
❖ 当溶液浓度很稀时，
，
❖
(2-3)
❖ 即γ-c为直线关系，斜率为
。
,式c(2-c2)可改写为a lnc 1 c c
a a
0
0b c
a c
0b
ac
2.1.1水溶液表面张力的三种类型
❖ (3)第Ⅲ类曲线 ❖ 加入少量的溶质就能显著地降低水的表面张力。
在很小的浓度范围内，溶液的表面张力急剧下降， 然后γ-c曲线很快趋于水平线，即再增加溶液的 浓度，溶液的表面张力变化不大。
性物质分子处境稳定，另一方面也降低了两相交界处的表面能。
2.5 饱和吸附量
❖ 表面活性剂的饱和吸附量反映其表面吸附的能力。从饱和吸附量数据可得出下列经验规律。 ✓ 表面活性剂分子截面积小的饱和吸附量较大。表面活性剂分子截面积有的取决于亲水基，有的取 决于疏水基。不过，大多是水合亲水基的截面积起决定作用。
2.2.2吉布斯吸附公式
❖ 对两组分体系，式(2-10)为
❖
或
dΓ d ❖
这就是吉布斯相对吸附等温式，也称为吉布斯吸附公式或吉布斯吸(1附)定理。
Γ (1)
2
2
2
LT
❖ 吉布斯吸附公式可见： ❖ 若溶质的
d
dc
溶液的表面张力
( B )T , p
d d B
o B
B RT ln aB dB R T(daB aB )
吉布斯吸附等温式
a B ( ) T ,p RT a B
l B
n d s n ( ) n d Ad 0 B B n
s A l B B l A
l nB
n n n n d d B A
s B s A
l B l A
n lA 在溶液中，1mol溶剂A中所含溶质B的摩尔数
s A l B l A
n n A n
n
s B
2、 表面压
定义
dx
γ γ0
0
测量装置： Langmuir 膜天平
一般，π= 30～50 mN/m 若膜厚约为2.5 nm, p = 1.5×107 kPa ≈150 atm
3、不溶膜的类型
π
凝 聚 膜 液 态 扩 张 膜
a：成膜分子平均 占有面积
气液平衡区 气态膜
a
气态
气液平衡
根据实验，脂肪酸在水中的浓度达到一定数值
后，它在表面层中的超额为一定值，与本体浓度无
关，并且和它的碳氢链的长度也无关。 这时，表面吸附已达到 饱和，脂肪酸分子合理的 排列是羧基向水，碳氢链向 空气。
两亲分子在气液界面上的定向排列
根据这种紧密 排列的形式，可以 计算每个分子所占 的截面积Am。
1 Am LΓ
LB膜的应用前景
1. LB膜的无源器件应用：
a. 电子束刻蚀
b. 润滑材料 c. 分子导线和二维导电膜 d. 超薄绝缘膜 e. 液晶器件（铁电液晶的表面取向）
溶液的表面张力
－a曲线
π
凝 聚 膜 液 Βιβλιοθήκη 扩 张 膜a：成膜分子平均 占有面积
气液平衡区
气态膜
a
气态
气液平衡
液态
固态
－a曲线
1 Am LΓ 2
式中L为阿伏加德罗常数，G2原来是表面超额，当达到 饱和吸附时,G2可以作为单位表面上溶质的物质的量。
13.4 液－液界面的性质
液－液界面的铺展 单分子表面膜 表面压
-a曲线与表面不溶膜的结构类型
不溶性表面膜的一些应用
液体的铺展
一种液体能否在另一种不互溶的液体上铺展，
取决于两种液体本身的表面张力和两种液体之间
Langmuir膜天平
图中K为盛满水的 浅盘，AA是云母片， 悬挂在一根与扭力天平 刻度盘相连的钢丝上， AA的两端用极薄的铂 箔与浅盘相连。
XX是可移动的边，用来清扫水面，或围住表面膜， 使它具有一定的表面积。在XXAA面积内滴加油滴， 油铺展时，用扭力天平测出它施加在AA边上的压力。 这种膜天平的准确度可达1×10-5N/m。
表面活性物质的表面浓度大于本体浓度，增 加单位面积所需的功较纯水小。非极性成分愈大， 表面活性也愈大。
非表面活性物质
能使水的表面张力明显升高的溶质称为非表 面活性物质。如无机盐和不挥发的酸、碱等。 这些物质的离子有水合作用，趋向于把水分 子拖入水中，非表面活性物质在表面的浓度低于 在本体的浓度。
如果要增加单位表面积，所作的功中还必须 包括克服静电引力所消耗的功，所以表面张力升 高。
3. 表面活性剂：明显降低水的表面张力的两亲性质 的有机化合物
溶液的表面吸附
能使水的表面张力明显升高的溶质称为非表 面活性物质。如无机盐和不挥发的酸、碱等。 这些物质的离子有水合作用，趋向于把水分 子拖入水中，非表面活性物质在表面的浓度低于 在本体的浓度。
溶液的表面张力和界面吸附
如脂肪酸阴离子，可用于分离提纯蛋白质； 消化过程：脂肪在肠胃的消化 依赖于胆盐胶束的增溶作用
34
4. 洗涤：去污。
去污过程：
在水 (W) 中，粘附于固体衣 物 S 表面的污垢 D，在洗涤 剂的作用下，降低了D与S的 粘附功 Wa，而使 D 脱落。
L：阿伏加得罗常数。
18
活性分子的横截面积
将：2
b0 ，代入上式：2 RT
A Am L
1 Am L
RT
8.314 298
Am Lb0 6.02 1023 0.178 0.07214
321020 m2 32 (Ao )2
Am 20.5 (Ao )2 (其它方式)
主要原因： （1）在表面或界面上强烈吸附，从而改变了界面的物理化学性质 （2）表面活性剂的溶液性质与纯溶剂不同，特别是表面活性剂各
种形式的分子有序组合体的形成，大大开拓了其应用领域。 21
表面活性剂的基本性质
表面活性剂分子结构的特点是具有不对称性，即由一亲 水基（Hydrophilic）和另一憎水基（Hydrophobic,或称 亲油基）组成。
粘附功： Wa DS - DW -SW
洗衣粉的成分：表面活性剂、助洗剂、稳定剂、分散剂、
增白剂、香精和酶等
35
第十章 胶体分散体系和大分子溶液
分散体系：把一种或几种物质分散到另一种物质中所 构成的体系；
分散相：分散体系中被分散的物质； 分散介质：另一种物质叫分散介质（通常是连续介
（如 OH 基或 COOH 基）和一个非极性碳氢基团。这类分子倾 向于聚集在表面层， 表面取向：极性部分指向体相溶液，非极性部分朝向气相。
试验十四最大泡压法测定溶液的表面张力
将（14-3）式化成直线方程则：
C kC 1 C 1 k k
（14-4）
若以σ—C作图可以得到一条直线，有直线斜率 即可求出假设在饱和吸附的情况下，在气液截面 上铺满一单分子层，由此可得每个溶质分子在表 面所占据的横截面积S0。
1 S N 0
式中L为阿伏加得罗常数。因此若测得不 同浓度的溶液的表面张力，从σ—c曲线上 求出，便可计算出溶质分子的横截面积S0。
2 根据拉普拉斯公式有： p （14-6） R
大气压将把此气泡压出管口。曲率半径再次增 大，因此气泡表面膜所能承受的压力差必然最小， 实际上测定管中的压力差却在进一步增大，所以立 即导致气泡的破裂。最大压力差可用U型压力计中 最大液柱△h来表示
r pgh最大 2
（15-7）
测定正丁醇溶液的表面张力
– 依次从稀到浓的顺序测量待测溶液的表面张 力。每次更换溶液时不必洗涤试管和毛细管， 只需倒掉原溶液后，用待测液荡洗试管两次 即可，注意测表面活性剂溶液时，溶液要沿 管壁慢慢加入，防止大量起泡。测定时也应 放掉一些气泡后，才读出最大压差，不能让 泡沫在液面上过多堆积影响溶液浓度和形成 静压差。
如果△A=1m2，则-W=σ，即在等温下形成1m2新 的表面所需的可逆功。故σ称为单位表面自由能。 若把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，其单位为N· m-1。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。
• 由于存在表面张力平衡过程，故用最大泡压法测 平衡表面张力，泡速要慢。
• 对于一些从体相迁移到表面相速度很慢的物质， 即使泡速很慢，测出的表面张力实际上仍是动表 面张力,往往和用其它方法测定值相差较大，即通 常所讲最大泡压法平衡性能较差．但它对测定冶 金中液态金属有较大优越性，可把耐高温毛细管 插在液态金属中，而远距离测出ΔP。
表面物理化学 第2章 溶液的表面张力和表面吸附
2.2 吉布斯吸附公式
2.2.1 表面吸附量
表面活性物质在溶液表面浓集，在某多组分封闭体系
中有 相和 相两相共平衡共存。组分 i 的物质量
为 ni ，则 ni ni ni。实验证明，在两相交界处通
常有一个厚约几个分子大小的过渡层，如上图所示， 各组分的组成是连续变化的。
AA‘面以上为 相， BB’面以下为 相，它们之间
属于这类物质有肥皂、油酸钠、八碳以上直链有机 酸的碱金属盐、烷基苯磺酸钠、高级脂肪酸等。此类 物质明显的表现出表面浓度大于溶液的体相浓度，产 生正吸附。
第Ⅲ类物质的 c 曲线可用下式来描述：
0
0b ln c a 0b ln
a
/ 0
0b ln c a
这类溶液表面张力与浓度之间的关系可用下式来描
述：
0 0
b
ln
c
c a
1
a为溶质的特征经验常数；b为有机化合物同系物的 特征经验常数。
从上式可以看出，在一定浓度 c 下，对于同一类 有力机的同能系 力物 强， 。能a使值表小面的张则力降 0低0 得值较大大，的即物降质低表表面面活张
－C17H35为亲油基团，－COONa为亲水基团。
水是极性液体，由于表面活性物质的两亲性， 它的极性头和水的亲和力强，倾向于处于水中 ，而憎水基尾端又受到水的排斥，有逃离水的 倾向，被排向水界面，将憎水部分伸向空气。 使得处于表层的表面活性物质分子所受的向液 体内部的拉力比处在表面的水分子向水内部的 拉力要小一些，所以在宏观上是溶液的表面张 力比纯水小。
表面吸附：表面浓度与本体浓度不同称为表面吸附 。
表面浓度小于本体浓度称为负吸附；
《水的表面张力》课件
05
实验：水的表面张力实验
实验目的
探究水的表面张力现 象。
培养观察、分析和解 决问题的能力。
了解表面张力在日常 生活中的应用。
实验材料
一杯清水
一个小水桶 一块纸巾
一枚硬币 一根缝衣针
实验步骤
1. 将硬币平放在水面，观察到硬币被“托起”， 这是因为水的表面张力使硬币与水面紧密贴合。
3. 将小水桶装满水，然后迅速将水倒出，观察到 水形成了一串连续的水珠，这是因为水的表面张 力使水珠保持完整。
水质中含有的杂质和溶解物也会影响表面张力；压力越大，表面张力越
大。
思考与讨论
利用表面张力制作微型机器人
利用表面张力进行液体点滴控制
通过在机器人表面涂上一层具有超疏水性 质的材料，使其能够在水面上行ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，实现 水陆两栖的移动。
通过控制表面张力，可以实现液体的点滴 和停止，可用于医学、生物等领域中的点 滴控制。
03
影响水的表面张力的因素
温度
温度对水的表面张力影响显著 ，随着温度的升高，水的表面 张力逐渐减小，反之亦然。
在常温下，水的表面张力大约 为72.8 mN/m，而在接近0°C 时，表面张力最大，大约为 100 mN/m。
温度对表面张力的影响主要是 由于水分子间的相互作用力随 温度变化。
物质种类
表面张力单位
表面张力单位是牛顿/米（ N/m）。
表面张力特性
表面张力是液体表面所具 有的一种特性，与液体的 种类、温度、纯度等因素 有关。
表面张力产生的原因
分子引力不均衡
液体表面层的分子受到的来自内 部和外部的分子引力不均衡，导 致表面层分子分布比内部稀疏，
从而产生表面张力。
实验五 溶液表面张力的测定 最大气泡压力法一、实验目的、测(“毛细管”相关文档)共7张
1、恒温套管。2、 毛细管（r在0.15～0.2mm）3、U型压力计（内装水）
4、 分液漏斗。5、
6、 连接橡皮管。
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ打开滴液
漏斗的活塞，使水缓慢下滴而使体系内的压力增加，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。这个最大的压力差可由U型管压力计上读出。如毛细管的半径为r， 气泡由毛细管口逸出时受到向下的总作用力为πr2P(最大)，而
实验五
──最大气泡压力法
一、实验目的：
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：
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。
P(最大)＝P(系统)－P(大气压) △hρg
式中：
△h——U型管压力计两边读数的差值；G——重力加速度； ρ——压力计内液体的密度
气泡在毛细管上受到表面张力引起的作用力为2πrσ。气泡自毛细管口逸出时， 上述两种力看作相等，即：
2πrσ=πr2P(最大)
若用同一只毛细管和压力计，在同一温度下，对两种溶液而言，则得：
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
溶液的表面张力和表面吸附
d
c c
0.112 0.36 1
2
c c RT
d
d
c c
0.36 0.02034 3.0 106 mol m2
8.314 293
2.2.4 离子型表面活性剂溶液的吉布斯吸附公式
对于离子型表面活性剂溶液，由于表面活 性剂离子和反离子都会在表面上产生吸附， 且还要服从电中性原则，此时吉布斯吸附公 式为以下形式：
图2-9是十二烷基硫酸钠水溶液的表面张力与时间 的关系曲线。
表面寿命与表面活性剂溶液
浓度有关，表面活性剂溶液浓度
越大，达到平衡表面张力所需的
时间越短。
对于离子型表面活性剂溶液，
加入无机盐可以大大缩短达到吸
附平衡所需的时间。
2.6.2 溶液表面吸附速率
动表面张力反映了表面吸附量与时间的关系，即反 映了表面吸附速率。
饱和吸附量是表面活性剂的重要参数。
2.3 表面活性物质在溶液表面上定向排列
由实验可知，同系物的各不同化合物，例如具有不 同长度排列的直链脂肪酸，其饱和吸附量大致是相同 的，在达到饱和吸附时，这些表面活性物质分子在溶 液表面上如图所示，定向而整齐的排列，极性基伸入 水相，非极性基向着空气。
吸附量 2 的定义是单位表面上溶质的过剩量，但 达到饱和吸附时，本体浓度与表面浓度相比很小，故 可以把饱和吸附量近似看成单位表面上溶质的物质量。
（2）其他因素相同时，非离子型的表面活性剂的饱和 吸附量大于离子型的。这是因为吸附在表面上的表面 活性离子带有相同的电荷，彼此存在电斥力，使其吸 附层较为疏松。
（3）加入无机盐可明显增加离子型表面活性剂的吸 附量。这是因为更多的反离子进入吸附层，削弱了 表面活性离子之间的电斥力，使其排列更为紧密。
《溶液的表面张力》课件
3
使用单位注意事项
使用单位时应根据具体情境选择合适的单位，以 避免误差。
表面张力影响因素
溶质
溶液中的溶质会影响表 面张力，通常溶质浓度 越高，表面张力越大。
温度
温度对表面张力有一定 影响，一般来说，温度 升高会使表面张力减小
。
压力
压力对表面张力影响较 小，但在高压情况下， 压力对表面张力有一定
影响。
气体吸附
气体在液体表面的吸附 会影响表面张力，吸附 的气体越多，表面张力
越大。
02
溶液的表面张力原理
表面张力的物理意义
01
表面张力是液体表面所受到的垂 直于液面方向上的拉力，单位为 牛顿每米（N/m）。
02
表面张力反映了液体分子在表面 层中的自相结合力，使得液体表 面尽可能缩小。
表面张力的形成机制
生物分子相互作用
表面张力可以影响生物分子间的 相互作用，如蛋白质与表面的相 互作用、细胞与表面的相互作用 等。
在日常生活中的应用
防水涂层
表面张力较低的涂层可以防止水滴在 物体表面形成连续的水膜，从而起到 防水作用。
清洁剂
表面张力较低的清洁剂能够更好地渗 透到物体表面的细小缝隙中，从而更 有效地清洁物体。
实验步骤
01
用移液管取一定量的待 测溶液，滴加到 Wilhelmy板上，使其完 全浸没在溶液中。
02
03
等待一段时间，使 Wilhelmy板与溶液达到 平衡状态。
用天平测量Wilhelmy板 及溶液的重量（m2）。
04
根据公式计算溶液的表 面张力：σ = (m2 m1) / A，其中A为 Wilhelmy板的面积。
。
表面张力与溶液的浓度有关，一 般来说，溶液的浓度越高，其表