乙醇表面张力的测定
乙醇表面张力系数的测定实验报告
竭诚为您提供优质文档/双击可除乙醇表面张力系数的测定实验报告篇一：溶液表面张力测定实验报告学号：20XX14120222基础物理化学实验报告实验名称：溶液表面张力的测定应用化学二班班级03组号实验人姓名：xx同组人姓名：xxxx指导老师：杨余芳老师实验日期：20XX-11-12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。
二、实验原理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。
本实验采用最大泡压法，实验装置如图一所示。
图一中A为充满水的抽气瓶；b为直径为0.2～0.3mm的毛细管；c为样品管；D为u型压力计，内装水以测压差；e 为放空管；F为恒温槽。
图一最大泡压法测液体表面张力仪器装置图将毛细管竖直放置，使滴口瓶面与液面相切，液体即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活栓，让水缓缓滴下，使样品管中液面上的压力渐小于毛细管内液体上的压力（即室压），毛细管内外液面形成一压差，此时毛细管内气体将液体压出，在管口形成气泡并逐渐胀大，当压力差在毛细管口所产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡破裂，压差的最大值可由u型压力计上读出。
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：pmax?p大气?p系统??h?g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：?rr2pmax??r2?h?g?2?r2r??r2?h?g?2?r??rph?g2若将表面张力分别为和的两种液体用同一支毛细管和压力计用上法测出各自的和，则有如下关系：即：?1??1?h1??2?h2?2?h2?K?h1对同一支毛细管来说，K值为一常数，其值可借一表面张力已知的液体标定。
最大气泡法测定乙醇溶液表面张力
最大气泡法测定乙醇溶液表面张力
最大气泡法是一种测定液体表面张力的方法，它通过测量液体中形成
的最大气泡直径来计算表面张力。
在乙醇溶液中，表面张力的大小与
乙醇浓度有关，因此可以利用最大气泡法来测定乙醇溶液的表面张力。
最大气泡法的原理是利用气泡在液体表面形成的过程中，表面张力会
使气泡的直径变小，直到达到最小值。
当气泡直径达到最小值时，表
面张力与气泡内部压力相平衡，此时气泡直径达到最大值。
因此，通
过测量最大气泡直径，可以计算出液体表面张力的大小。
在测定乙醇溶液表面张力时，需要先制备一定浓度的乙醇溶液，并将
其注入到最大气泡法测定仪器中。
然后，在液体表面形成一个气泡，
并通过调节气泡大小来使其直径达到最大值。
最后，通过测量气泡直
径和液体密度等参数，可以计算出乙醇溶液的表面张力。
最大气泡法测定乙醇溶液表面张力的优点是简单易行，不需要复杂的
仪器和技术，同时可以测定多种浓度的乙醇溶液表面张力。
但是，该
方法也存在一些局限性，例如测定结果受到环境温度、气压等因素的
影响，同时也无法测定非透明的液体表面张力。
总之，最大气泡法是一种简单易行的测定液体表面张力的方法，可以
用于测定乙醇溶液表面张力。
在实际应用中，需要注意测定条件的控制，以获得准确可靠的测定结果。
物理化学-实验三十二：最大泡压法测定溶液的表面张力
实验三十二 液体表面张力的测定一、实验目的1. 测定不同浓度的乙醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和乙醇分子的横载面积。
2. 了解表面张力的性质及表面张力和表面吸附量的关系3. 掌握最大泡压法测定溶液表面张力和表面吸附量的原理和技术。
二、原理液相与气相之间的界面层可看作是介乎液体与气体性质的第三相。
界面层分子受液体内部分子的吸引力远大于外部蒸气分子对它的吸引力，致使表面层分子受到向内的拉力使表面积趋于最小（球形），以达到受力平衡。
揭示表面层这一特征的方法很多, 最常用的为表面张力（surface tension, 用γ表示），或可定义为单位表面吉布斯自由能(surface Gibbs free energy ，用G ∆表示)。
液体的表面张力与温度、纯度等因素有关。
温度愈高，表面张力愈小；纯度发生变化时，表面张力也相应发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。
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(Gibbs)公式表示：P T CRT C ,)(∂∂-=Γγ 式中，Γ为表面吸附量(mol ⋅m -2)；γ为表面张力（J ⋅m -2）；T 为绝对温度（Ｋ）；C 为溶液浓度（mol ⋅L -1）；P T C ,)(∂∂γ 表示在一定温度下表面张力随浓度的变化率。
P T C,)(∂∂γ<0，Γ>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。
P T C,)(∂∂γ>0，Γ<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。
吸附量与浓度之间的关系可以用Langmuir 等温吸附方程式表示：KCKC+Γ=Γ∞1式中，Γ表示吸附量，通常指单位质量吸附剂上吸附溶质的摩尔数；∞Γ表示饱和吸附量；C 表示吸附平衡时溶液的浓度；K 为常数。
溶液表面张力的测定——最大气泡压力法
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 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 1c α∞∞=+ΓΓΓ C/Γc-C 直线斜率tg β求出饱和吸附量 , 进而得出乙醇分子横切面积S 和分子长度 , 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；NA 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。
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。
1. 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 为σ-c 曲线在指定浓度的斜率。
<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 , 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。
,2. 若将兰格缪尔等温吸附式中的吸附量赋予吉布斯吸附量的特定意义, 则可从其变形式求出 设分子吸附层厚δ, δ即两亲分子长。
乙醇水溶液的表面张力模型和表面吸附量计算
乙醇水溶液的表面张力模型和表面吸附量计算乙醇水溶液的表面张力模型和表面吸附量计算一、绪论乙醇水溶液作为典型的复杂液体，因其具有复杂的液液相变行为及表面张力，在研究外部场和表面反应等方面具有重要的意义。
此外，它具有易分解性质，计算表面张力和表面吸附量也关系到它的应用。
广义上讲，影响乙醇水溶液表面张力和表面吸附量的机制可以归纳为：（1）结合作用，由于乙醇与水分子的相互作用导致液体表面膨胀，形成表面张力；（2）H-bonding，H-bonding作用会影响乙醇水溶液的表面张力；（3）润湿行为，表面被润湿的物体会产生表面张力；（4）表面吸附，表面吸附态结合在液体表面上的分子会形成表面吸附量；（5）气泡的形成，气泡的形成也会影响液体表面张力。
二、模型根据以上机制，乙醇水溶液表面张力模型可以分为分子自力张力模型和润湿行为张力模型。
这两种模型将以上机制进行了详细的分析，从而推断出乙醇水溶液的表面张力。
2.1 分子自力张力模型分子自力张力模型是对液液相变行为的分析。
它先假定液体表面是由一层表面分子组成的，而这些表面分子之间存在一种自力作用，即这些分子之间有一定的张力。
如果液体表面分子的自力能大于液体里的分子，那么液体表面会形成一层表面分子层，而这一层也就形成了液液界面。
接下来，需要计算这个分子层拥有的表面张力，以及这个分子层拥有的表面吸附量。
2.2 润湿行为张力模型润湿行为张力模型是对液体表面性质的分析和表示。
它假设当一种液体被涂抹在一个固体表面上时，液体会通过润湿行为进行扩散，而扩散过程会形成一个表面张力平面。
这样，液体表面就会产生表面张力和表面吸附量。
三、结论综上所述，乙醇水溶液的表面张力和表面吸附量受多种机制影响，在对乙醇水溶液表面张力进行测量和表面吸附量计算时，可以根据必要的机制进行模型建立，例如分子自力张力模型和润湿行为张力模型等。
借助这些模型，可以更准确的计算出乙醇水溶液的表面张力和表面吸附量。
表面张力的测定
(2-88)
最大附加压力由数字微压差计或 U 型管压差计读出。 用数字压力 计可以直接读出压差的值， Pa， 体系的导气管接数字微差计的负压口， 正压口与大气相通。若用数字微差计，压差则以Δ������������ 表示。 1 σ = ������Δ������ ������ 2
������ ������������ ������������
( ) ������ (2-87)
������������ ������������
������������
式中，Γ为表面吸附量，mol/������2 ；σ为表面张力，J m2 ；( ) ������ 为 在一定温度下表面张力随浓度的改变率，即 ( ) ������ < 0，Γ > 0，溶质能降低溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度
B Linear Fit of Sheet1 B
0.07
Pearson's r Adj. R-Square
B
0.06
B
0.05
0.04
0.03
0.02 200
300
400
500
600
700
800
A
折射率-浓度曲线：
W2 n������ 0.05 0.1 1.3359 1.3385 0.15 1.34 0.2 1.3455 0.25 1.349 0.3 1.35 0.4 1.356 0.5 1.3599
Residual Sum of Squares Pearson's r Adj. R-Square
0.07
0.06
B
0.05
0.04
0.03
0.02 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
溶液表面吸附的测定
溶液表面吸附的测定一、实验目的1、采用最大泡压法测定不同浓度的乙醇水溶液的表面张力2、根据吉布斯吸附公式计算溶液表面的吸附量和乙醇分子的横截面积二、实验原理1、表面自由能 从热力学观点看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总的自由能减小的过程。
如欲使液体产生新的表面△A ，则需要对其作功。
功的大小应与△A 成正比：A W ∆=σ-式中σ为液体的表面自由能，亦称表面张力。
它表示了液体表面自动缩小趋势的大小，其量值与液体的成分、溶质的浓度、温度及表面气氛等因素有关。
2、溶液的表面吸附 纯物质表面层的组成与内部的组成相同，因此纯液体降低表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。
对于溶液，由于溶质能使溶剂表面张力发生变化，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。
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浓度低。
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。
显然，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有关，从热力学方法可知它们之间的关系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程：Tdc dσRTc-Γ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛= 式中：Γ为表面吸附量(单位：mol·m -2)；T 为热力学温度(单位：K)；c 为稀溶液浓度(单位：mol·dm -3)；R 为气体常数。
T dc dσ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛<0，则Γ>0，称为正吸附；Tdc dσ⎪⎪⎭⎫⎝⎛>0，则Γ<0，称为负吸附。
以表面张力对浓度作图，即得到c -σ曲线，在c -σ曲线上任选一点作切线，如图12.1所示，即可得该点所对应浓度c i 的斜率：()T i c d /d σ，图12.1 表面张力与浓度的关系其中： ()T i i c c MN d /d σ-= 则： RT MN /=Γ，根据此式可求得不同浓度下各个溶液的Γ值。
乙醇张力测定实验报告
乙醇张力测定实验报告实验目的本实验旨在通过测定乙醇的张力，了解液体分子间相互作用的强度，并探究乙醇在不同温度下的表面张力变化规律。
实验原理液体的表面张力是指液体分子内部和表面分子之间相互作用力的结果，其数值可以反映液体分子间的结合强度。
张力测定的方法多种多样，而本实验中采用的是测定液体在物体表面上升的高度与液体的表面张力之间的关系。
具体操作如下：1. 将乙醇倒入一个细玻璃管中，使其充满整个玻璃管。
2. 用标尺测量细玻璃管外的液体高度，记为h1。
3. 在细玻璃管外滴加一滴乙醇，使其滴在玻璃管外表面。
此时液体会在玻璃管内部升高，测量液体高度h2。
4. 根据液体在玻璃管外的升高高度差Δh，计算乙醇的表面张力。
张力可以通过以下公式计算：\text{张力} = 4\gamma\Delta h其中，γ为液体的表面张力。
实验步骤1. 准备实验器材和乙醇样品。
2. 将乙醇倒入细玻璃管中，使其充满整个玻璃管。
3. 用标尺测量细玻璃管外的液体高度，记录为h1。
4. 在细玻璃管外滴加一滴乙醇，使其滴在玻璃管外表面。
5. 快速测量液体在玻璃管外的升高高度差Δh，记录为h2。
6. 根据公式计算乙醇的表面张力。
实验结果根据上述步骤进行实验，得到的实验数据如下：液体高度差Δh (cm) 表面张力(mN/m)3.2 12.83.5 14.03.0 12.03.3 13.23.1 12.4结果分析根据实验数据可以发现，液体高度差Δh和表面张力呈正相关的关系，即液体高度差越大，表面张力越大。
这符合我们的预期，表明乙醇的表面张力是一个较大的数值。
同时，我们可以注意到，在测定液体高度差Δh的过程中，由于测量速度不一致，导致实验数据存在一定的误差。
为了提高实验数据的准确性，以后的实验可以采取更加精确的测量仪器。
结论通过本实验测定，我们可以得出以下结论：1. 乙醇的表面张力数值较大，即乙醇分子间的相互作用较强。
2. 液体的表面张力与液体高度差Δh成正相关。
乙醇水溶液表面张力的测定及数据处理方法
乙醇水溶液表面张力的测定及数据处理方法武正簧;张楠祥;安新跃【摘要】本文采用全自动张力仪测定乙醇水溶液的表面张力，并对相关数据处理方法进行了完善和改进。
经过反复对比研究得出用Origin软件作图可以得到满意的效果，并且使用Origin软件中对数法作图方案最佳，所求的表面吸附量Γ随溶液浓度c的变化规律与文献吻合。
最后按照直线拟合法进行计算所得分子截面积的结果与文献所给的结果（S理论＝2.16×10﹣19 m2）非常接近。
%In this paper we used automatic tensiometer to measure the surface tension of aqueous solu-tion of ethanol ,and modified the related data processing methods. After a series of research it’s found that Origin is a optimal software for plotting graphs and processing data ,furthermore ,the log-log plotting method in Origin can be used to get the most satisfactory result. And the surface absorption Γis consistent with the change of solution concentration c ,and the results of molecular section area calculated by linear fitting method are very close to the literatures (theory of S理论=2.16 × 10﹣19 m2 ).【期刊名称】《分析仪器》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】6页(P73-78)【关键词】全自动张力仪;乙醇水溶液;Origin软件【作者】武正簧;张楠祥;安新跃【作者单位】太原理工大学化学化工学院，太原 030024;太原理工大学化学化工学院，太原 030024;太原理工大学化学化工学院，太原 030024【正文语种】中文1 引言全自动张力仪是一种用物理方法代替化学方法的简单易行的测试表面张力的仪器。
最大气泡法测表面张力实验数据及处理
5
5.1x10
Residual Sum
of Squares
5.2061E11
Pearson's r0.99351
Adj. R-Square0.91612
ValueStandard Error
Gibbs公式：
c
-()
Γ=cTP
,
RT
其中，R=8.314J/(mol*K), T=25.0+273.15=298.15K
将表六中数据代入公式，求出各溶液的Γ如表七所示。
c斜率Γc/Γ
1.372-0.021221.02983E-07116815.2262
1.367-0.006543.87052E-06379024.3272
表三乙醇溶液的浓度
2、待测液体的表面张力
将实验测得的水和乙醇溶液的最大△Pmax值代入公式：
γ测=（△Pmax，测*γ水）/△Pmax
，水
（查阅附表，得γ水=0.07197N/m）
求得各乙醇溶液的表面张力如表四所示。
△Pmax,测(mmH2O)△Pmax,平均(mmH2O)γ/(N/m)
蒸馏水160.661.460.8
如表三所乙醇浓度510152025303540折光率n1335513387134211345513489135171354013557校正后n1335313384134191345313486135141353713555浓度cmoll0012014670306134640162035750378571793921表三乙醇溶液的浓度待测液体的表面张力将实验测得的水和乙醇溶液的最大pmax值代入公式
求得平均值为：1.332266667
测定不同浓度的乙醇水溶液的表面张力
结果与理论预期的对比分析
通过对比实验结果与理论预期，我们发现实验数据与理论预测基本一致。这表明我们的实验操作和数据处理方法是可靠的， 能够准确反映乙醇水溶液表面张力随浓度的变化趋势。
乙醇水溶液的性质
概述了乙醇水溶液的物理 和化学性质，如溶解度、 密度、黏度等，以及浓度 对性质的影响。
实验材料与设备
详细列出了实验所需的材 料和设备，包括乙醇、蒸 馏水、表面张力计、恒温 水浴等。
THANKS FOR WATCHI面张力与浓度的关系
随着乙醇浓度的增加，乙醇水溶液的表面张力逐 渐减小。
当乙醇浓度达到一定值时，表面张力达到最小值， 随后又逐渐增大。
乙醇水溶液的表面张力与浓度之间的关系是非线 性的。
03 实验步骤
准备实验器材
表面张力计
用于测量液体的表面张力。
容量瓶
用于配置不同浓度的乙醇水溶液 。
移液管
测定不同浓度的乙醇水溶液的表面 张力
目录
• 实验目的 • 实验原理 • 实验步骤 • 实验结果与分析 • 结论与讨论 • 参考文献
01 实验目的
了解表面张力概念
01
表面张力：液体表面抵抗因内部 分子间引力不均而产生的拉伸力 的现象。
02
表面张力与液体的性质、温度、 压力等因素有关，是液体表面物 理性质的重要参数。
表面张力是物质的一种特性，与液体的种类、温度、纯度等 因素有关。
表面张力形成机制
表面分子受到的吸引力不同
在液体内部，分子间的相互作用力大致相等，但在表面层，液体分子受到的吸 引力较弱，导致表面分子间的相互作用力不平衡，从而形成表面张力。
溶液表面张力测定.
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。
乙醇表面张力的测定
最大气泡压力法测定溶液的表面张力一、实验目的1．掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技术。
2．通过对不同浓度乙醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能、表面张力和吸附量关系的理解。
二、基本原理在一个液体的内部，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分子的吸引另一方面受到液体外部气体分子的吸引，而且前者的作用力比后者大。
因此在液体表面表面层中，每个分子都受到垂直于并指向液体内部的不平衡力。
这种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，通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的变化△G,称为单位表面的表面能，其单位为J·m－1；而把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。
液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。
如欲使液体表面面积增加ΔS时，所消耗的可逆功A应该是：一A＝ΔG＝σΔS （1）液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。
到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。
液体的表面张力也与液体的纯度有关，在纯净的液体(溶剂)中如果掺进杂质(溶质)，表面张力就要发生变化，其变化的大小，决定于溶质的本性和加入量的多少。
对纯溶剂而言，其表面层与内部的组成是相同的，但对溶液来说却不然。
当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化。
根据能量最低原则，若溶质能降低溶剂的表面张力，则表面层中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升高，那么溶质在表面层中的浓度应比溶液内部的浓度低。
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。
在一定的温度和压力下，溶液表面吸附溶质的量与溶液的表面张力和加入的溶质量（即溶液的浓度）有关，它们之间的关系可用吉布斯(Gibbs)公式表示：Γ＝－()T （2）式中：Γ为吸附量(mol.m－1)；σ为表面张力(J·m—’)；T为绝对温度(K)；c为溶液浓度(mol．L－1”)；R为气体常数(8．314J．K—I·mol－1)。
最大泡压法测定溶液的表面张力
根据能量最低原则，当溶质能降低溶剂的表面张力时，它在表面层中的溶质浓度比溶液内部的大；
最大泡压法测定溶u液的有表些面张物力质溶入溶剂以后，能使溶剂的表面张力显著降低，这类物质 P根m据a能x =量ρΔ最h低g 原则被，称当溶为质表能降面低活溶剂性的物表面质张。力时工，业它在和表面日层常中的生溶活质浓中度被比溶广液泛内部使的用大；的去污剂、乳化剂、 它表示了液体表面润自湿动缩剂小以趋势及的起大小泡，剂其量等值等也液都体是的成表分面、溶活质性的浓物度质、温。度及表面气氛等因素有关。 σ乙为醇液水体溶的液表的面浓自度u由由能阿以，贝亦表折称光面表仪面张测张定力力。（对单浓位为度J·m作-2）图。，可得到σ-c曲线，开始σ随浓度增加而迅速 3、测定不同浓度下乙醇降水，溶液以的后表面的张变力，化计算比表较面吸缓附慢量 。在σ-c曲线上任选一点作切线，即可得该 当以最同大样 泡方压>法法0将测时大定，试溶点管液<所中的0,换表对称以面为应不张负同力浓吸浓附度度。的的乙斜醇溶率液（，dd测c 出) T不同。的压力差，再用公式求出表面张力。 以同样方法将大试u管中本换实以不验同采浓度用的乙最醇大溶液气，泡测出法不测同的定压乙力差醇，再水用溶公式液求的出表表面面张力张。力 ， 通 过 乙 醇 水 溶 P以m同a样x =方ρΔ法h将g 大试液管的中换表以面不同张浓力度的和乙浓醇溶度液的，测关出系不同求的出压力表差面，再吸用附公式量求，出表仪面器张力装。置如图：
若3、用测同定一不支同毛浓细度发管乙，生醇同水变一溶压化液力的，计表，因面对张此两力种可，具计以有算表通表面面过张吸力调附σ量1节，σ溶2的质液在体而表言面，则层有的下列浓关度系式来：降低表面自由能。 （二）毛细管洁u净根与否据对能所测量数最据有低何原影响则？，当溶质能降低溶剂的表面张力时，它在表面层中 反面之吸， 附溶。质使溶的剂的溶表质面张浓力度升高比时溶，它液在内表面部层的中的大浓度；比反溶液之内，部的溶浓质度低使，溶这种剂表的面浓表度面和内张部力浓度升不高同的时现，象叫它做溶液的表
乙醇水体系的表面张力和最大气泡法的实验研究
广州师院学报(自然科学版)JO U RN A L OF GU AN G ZHOU N O RM A L U N IV ERSIT Y(NA T U RA L SCI ENCE EDIT IO N) 1997年第2期N o.2,1997 乙醇水体系的表面张力和最大气泡法的实验研究黎志为 朱长缨 盛蔚燕 黄丹斌(广州师范学院化学系510400)提 要 本文以最大气泡法测定不同温度和浓度下乙醇-水体系的表面张力,并求出相应的吸附量,建立了一套适用范围广、相关系数达99.5%以上的经验公式。
对最大气泡法测定表面张力也总结出一些有价值的规律。
关键词 表面张力;乙醇;最大气泡法中图分类号 O657.911 前 言 “最大气泡法测定溶液表面张力”是高校物理化学实验课基本内容之一。
实验研究的对象是乙醇-纯水二元体系。
从有关的资料[5-9]来看该体系的表面张力研究尚有待进一步深入。
因此,无论是从基础理论和实验方法上的研究,还是从提高实验课教学质量角度来看,对最大气泡法测定乙醇-水体系表面张力的规律进行深入的实验探讨,是很有实际意义的。
2 实验原理 最大气泡法测定液体的表面张力,公式是:=12p g r hm(1)式中p,g,r在选定的实验条件下,均为常数,以K表示,即K=12p gr,称为仪器常数,则=K hm(2) hm是测定仪器中U型压力计所示两边读数的高度差。
单位:cm 收到日期:1996-11-06 溶液溶质的表面吸附量,其公式是:=-CRT (C)T(3)3 仪器和试剂 仪器:恒温槽装置 1套 阿贝折光仪1台 酒精压力计 1个 温度计 2支 (0～50℃,50～100℃) 表面张力仪 1套 复旦大学科教仪器厂制 试剂:重蒸馏水,无水乙醇(分析纯),无水正丁醇(分析纯)4 实验步骤4.1 用重蒸馏水测定仪器常数 (1)用重蒸馏水反复多次洗净支管试管和毛细管,连接好测定装置。
(2)调节恒温槽水温30℃。
实验六： 溶液表面张力的测定
c γ = γ 0 − γ 0 * b * ln(1 + ) a
曲线上任选一点i作切线 即可得该点所对应浓度C 在γ-C曲线上任选一点 作切线 即可得该点所对应浓度 i 的 曲线上任选一点 作切线,即可得该点所对应浓度
dγ 再由上式可求得不同浓度下的Γ值 斜率 ( ) T ，再由上式可求得不同浓度下的 值。 dC
1 A= Γ∞ L
4. 测定表面张力的方法 测定液体表面张力的方法很多，如最大泡压法法、 吊环法。
（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 液面外的附加压力，因此有下述关系：
在实验中，若使用同一支毛细管，则
σ = 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 配置不同浓度的乙醇-水溶液 水溶液60-70ml： ： 浓度参考： 浓度参考：3%,6%,10%,15%,20%,25%,40% 配置方法： 配置方法：称重法 洗净烘干50ml碘量瓶，放到分析天平上称重后，归零。 洗净烘干50ml碘量瓶，放到分析天平上称重后，归零。 碘量瓶 用量筒量Xml乙醇于碘量瓶中，称重W1。再用另一个量筒量 乙醇于碘量瓶中，称重 用量筒量 乙醇于碘量瓶中 Yml纯水于碘量瓶中，称重W2。 纯水于碘量瓶中，称重 纯水于碘量瓶中 计算溶液的准确浓度为(W 计算溶液的准确浓度为 1/W2)×100% × 配好后盖紧塞子，以防挥发。 配好后盖紧塞子，以防挥发。
表面张力
一、实验目的1. 学习使用最大气泡法测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力。
2. 利用吉布斯吸附等温式计算不同浓度的乙醇溶液的吸附量，并绘制Γ-C图。
3. 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。
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，它使得体系总的自由能减小。
如欲使液体产生新的表面ΔS，就需要反抗表面分子的向内力、对其作功，其大小应与ΔS成正比：Wr=γ · △S(1)式中为ΔS=1（也就是增加单位表面积）时，体系所需的可逆功，因此称为单位表面的表面能，单位是J/m2，也可将看作为作用在界面上每个单位长度边缘上的力，通常又称为表面张力，其单位为N/m。
对纯溶剂而言，表面层与内部的组成是相同的，但对溶液来说却不然。
当加入溶质后，溶剂的表面张力会发生变化。
根据能量最低原则，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的大，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。
这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。
显然，在指定的温度和压力下，溶液表面吸附溶质的量与溶液的表面张力和加入溶质的量（即溶液的浓度）有关，从热力学方法可知它们间的关系遵守吉布斯吸附方程：（2）式中：Γ吸附量（mol/m2）；γ为表面张力（N/m）；T为绝对温度；c为溶液浓度（mol/m3）；R为气体常数，R=8.314J·mol－1·K－1。
当时，Γ>0，此时溶液表面层的浓度大于溶液本体的浓度，称为正吸附；当时，正好相反，Γ<0，称为负吸附。
通过实验测定相同温度下各种浓度溶液的表面张力γ，绘出γ－c曲线，见下图13－1，将γ－c曲线上对应某一浓度c处的斜率求出，然后代入吉布斯吸附方程，即可求出吸附量Γ（G S在数值上等于γ）。
图13－1表面张力与浓度的关系图13－2溶液吸附等温线由图13－2可知，随着溶液浓度的增加，开始时增加较快，随后逐渐变缓，最终接近极限值，称为饱和吸附量。
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最大气泡压力法测定溶液的表面张力
一、实验目的
1．掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技术。
2．通过对不同浓度乙醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表面自由能、表面张力和吸附量关系的理解。
二、基本原理
在一个液体的内部，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分子的吸引另一方面受到液体外部气体分子的吸引，而且前者的作用力比后者大。
因此在液体表面表面层中，每个分子都受到垂直于并指向液体内部的不平衡力。
这种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，通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一
平方米所引起的表面自由能的变化△G,称为单位表面的表面能，
其单位为J·m－1；而把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。
液
体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。
如欲使
液体表面面积增加ΔS时，所消耗的可逆功A应该是：
一A＝ΔG＝σΔS （1）
液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。
到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。
液体的表面张力也与液体的纯度有关，在纯净的液体(溶剂)中如果掺进杂质(溶质)，表面张力就要发生变化，其变化的大小，决定于溶质的本性和加入量的多少。
对纯溶剂而言，其表面层与内部的组成是相同的，但对溶液来说却不然。
当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化。
根据能量最低原则，若溶质能降低溶剂的表面张力，则表面层中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升高，那么溶质在表面层中的浓度应比溶液内部的浓度低。
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。
在一定的温度和压力下，溶液表面吸附溶质的量与溶液的表面张力和加入的溶质量（即溶液的浓度）有关，它们之间的关系可用吉布斯(Gibbs)公式表示：
Γ＝－()T （2）
式中：Γ为吸附量(mol.m－1)；σ为表面张力(J·m—’)；T为绝对温度(K)；c为溶液浓度
(mol．L－1”)；R为气体常数(8．314J．K—I·mol－1)。
()T表示在一定温度下表面张力
随溶液浓度而改变的变化率。
如果σ随浓度的增加而减小，也即()T <0，则Γ>0，此时溶液表面层的浓度大于溶液内部的浓度，称为正吸附作用。
如果σ随浓度的增加而增加即()T >0，则Γ<0，此时溶液表面层的浓度小于溶液本身的浓度，称为负吸附作用。
从(2)式可看出，只要测定
溶液的浓度和表面张力，就可
求得各种不同浓度下溶液的吸
附量Γ。
在本实验中，溶液浓度的
测定是应用浓度与折光率的对
应关系，表面张力的测定是应
用
最大气泡压力法。
图2是最大气泡压力法测定表面张力的装置示意图。
将欲测表面张力的液体装于支管试管5中，使毛细管6的端面与液面相切，液面即沿着毛细管上升，打开滴液漏斗2的活塞进行缓慢抽气，此时由于毛细管内液面上所受的压力（p大气）大于支管试管中液面上的压力（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液面外的附加压力Δp，因此有下述关系：
p大气＝p系统＋Δp
Δp＝p大气－p系统(3)
附加压力Δp和溶液的表面张力σ成正比，与气泡的曲率半径R成反比，其关系式为
Δp＝2σ/R (4)
若毛细管管径较小，则形成的气泡可视为是球形的。
气泡刚形成时，
由于表面几乎是平的，所以曲率半径只极大；当气泡形成半球形时，
曲率半径只等于毛细管管径r，此时R值为最小；随着气泡的进一步
增大，只又趋增大(见图3所示)，直至逸出液面。
根据(31—4)式可
知，当R＝r时，附加压力最大，为
Δp＝2σ/r (5)
这最大附加压力可由数字式微压差测量仪上读出。
在实验中，若使用同一支毛细管和压力计，则r是一个常数。
如
果将已知表面张力的液体作为标准，由实验测得其Δp后，就可求出
r。
然后只要用这一仪器测定其他液体的Δp值，通过(5)式计算，即
可求得各种液体的表面张力σ
三、仪器和试剂
阿贝折光仪；滴液漏斗(250mL)；毛细管(0.2
—0.3mm)；
T形管；放大镜；无水乙醇(A．R．)；
恒温槽装置；支管试管(φ2.5×20cm)；烧杯(250mL)；
重蒸馏水；丙酮(A．R．)；待测乙醇水溶液样品(4～6个)
四、操作步骤
1．作工作曲线
用称重法配制5％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％左右的标准乙醇溶液
测定各溶液的折光率，作出浓度—折光率的工作曲线。
2．r的测定
(1)仔细洗净支管试管和毛细管。
将数字式接上电源，预热后采零。
然后按图2所示连接装置。
在滴液漏斗中装满水。
(2)加入适量的重蒸馏水于支管试管中，调节毛细管的高低使其端面与液面相切。
然后把支管试管浸入恒温槽(必须使毛细管处于垂直位置)，在20℃条件下恒温十分钟。
(3)打开滴液漏斗活塞进行缓慢抽气，使气泡从毛细管口逸出。
调节气泡逸出的速度不超过每分钟20个时，读出压力计压力差。
重复读数三次，取其平均值。
3．待测样品表面张力的测定
(1)用待测溶液洗净支管试管和毛细管后，加入适量的样品于支管试管中。
(2)按仪器常数测定时的操作步骤，分别测定各种未知浓度酒精溶液的Δp值。
4．待测样品浓度的测定
用阿贝折光仪测定待测样品的折光率，并从工作曲线上找出其相应的浓度值。
五，数据记录和处理
1．用表格列出各溶液的最大压力差与折光率数值，并求得其表面张力和浓度的数值。
2．以浓度c为横坐标，表面张力σ为纵坐标作图(横坐标浓度从零开始)。
3．在σ一c曲线上任取若干点，分别作出切线，求得其斜率m。
m＝()T
4．根据吉布斯吸附方程式求算各浓度的吸附量。
并画出吸附
量与浓度的关系图。
由斜率刚求算吸附量r的方法如图4所示，在σ一c图上任找一点d，过d点作切线ab，此曲线的斜率m为
m＝＝－
所以
Γ＝
六、思考讨论题
1．表面张力为什么必须在恒温槽中进行测定?温度变化对表面张力有何影响?为什么?
2．本实验为什么选用酒精压力计而不用水银压力计?
七、参考资料
1．W．J．尹印lel，LaboratoryManuualOf PhysicalChemist~，p，32(1964)．
2．F．Daniels，ExperimentalPhysicalChemistry，Finh edition p．51(1956)．
3．斯．阿．巴列金著，物理化学和胶体化学实验，第106～116页，人民教育出版社(1960)。
4．复旦大学等编，物理化学实验仕册)，第189～192页，人民教育出版社(1979)。