实验十三溶液表面张力的测定及等温吸附
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。
可以近似的看作是在单位表面上定向排列呈单分子层吸附时溶质时物质量，因而通过可以计算出每个被吸附的表面活性物质分子在表面上所占的面积，即：
（3）
式中N A为阿伏加德罗常数。
因为Γ实际上是一个过剩量，即使其等于零（即无吸附），表面上仍有溶质分子，所以公式(4)在得出分子面积时忽略了表面上原有的溶质分子，在计算表面上溶质分子数时，除了吸附分子还应考虑原有分子，故溶液浓度为c时每个分子在表面上的实际面积为
，Γ为溶液浓度为c时的吸附量，
若Γ以mol·m-2为单位，以mol·dm-3为单位，以nm2为单位，则
（4）
可当作每个溶质分子的横截面积。
所谓表面活性物质是指溶于溶剂中能使其表面张力降低的物质，工业和日常生活中广泛被应用的去污剂、乳化剂、润湿剂以及发泡剂等等都是表面活性物质。它们的主要作用发生在界面上，所以研究这些物质的表面效应是有现实意义的。
本实验采用最大气泡法测定乙醇水溶液的表面张力，实验装置如图13－3
所示。它的作用是测定气泡刚好从浸没在液体表面下的毛细管口逸出时所需的压力。
图13－3(a) 减压法图13－3(b) 加压法
1.套管
2.毛细管
3.
4.气压调节活塞 5双连球 6.气压计 7.缓冲瓶.
如图13－3(a)所示，将待测液体置于测样试管中，并使毛细管口与液面相齐（刚接触），此时由于毛细作用，液面沿毛细管上升；将三通活塞旋至┻状态，使状态与外界隔离，微微打开减压瓶活塞，随着瓶内水的缓缓流出，体系压力下降，此时由于毛细管内液面上所受的压力(P大气)大于套管中液面上的压力（P系统），随着两者压差的增大，毛细管中的大气压逐渐把管中液面压至管口，形成曲率半径在不断变化的半球形气泡。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球心的附加压力△P，因此有下述关系：P系统＋△P＝P大气即P系统＋△h·ρ·g＝P大气（5）设气泡的曲率半径为R，它是在随气泡的形成、长大和破裂而不断变化的，设毛细管管口的半径为r，这个r对于给定的毛细管而言是个定值。很显然，由需做的表面功W r = γ·△S的微分形式可得
（6）
注：将气泡视为球形，S球＝4π·R2V球＝(4/3)·π·R3
附加压力△P＝0即成水平液面时R极大，这相当于气泡刚要形成的初始状态----表面是平的，U形压力计上显示一个液柱差；当气泡出现并"生长"时，R 迅速变小，U形压力计上的液柱差增大，当气泡正好形成以毛细管口的内直径为直径的半球形----即2R＝2r时，此时的曲率半径R为最小，附加压力△P为最大，也达到对应的某个高值；当气泡由半球形进一步增大时，R也开始增大（如图13－4），液柱差△h下降，直至气泡破裂。
（7）
图13－4毛细管口的气泡形成过程
R1极大；R2 =r即球的直径正好等于毛细管口的内径，R3> r
由此可见，我们能够准确测得的是R＝r时的最大附加压力 max，因为其对应的最可以从压力计上读出来。每个毛细管的半径r是一个定值，尽管不知道，但是可以通过测一个已知表面张力的纯溶剂间接得到--通常我们只需要知道该毛细管的仪器常数K就行了，
K=γ水/△h水(8)；γi=K·△h i(9)；
三、仪器和试剂
仪器：超级恒温水浴一套；毛细管及装液支管一副；U形压力计或数显微压差一个；300ml烧杯2只（本实验室是按图13－3(a)装备的，为减压测定方法）。试剂：八种乙醇水溶液--已事先配好，配法是：分别取无水乙醇25 ml、50ml、100ml、150ml、200ml、250ml、300ml、350ml加纯净水稀释至1L.，其浓度由学生代公式计算。计算公式为：
（ρ乙醇的单位以g/cm3,V乙醇直接以25、50、100、……等数字代入），也可使用阿贝折光仪测出折射率，再查表，间接得出浓度。
四、实验步骤
1. 装备仪器并对毛细管预处理：
将超级恒温水浴目标温度设定为15± 0.05℃或25 ± 0.05℃或30±
0.05℃，具体设定为多少，看当时实验室的气温是多少--冷天定低些、热天定高些。
为了使毛细管对液体有很好的润湿性，毛细管要洗得特别干净。常用温热的洗液浸泡5~10分钟，然后倾出洗液，分别用自来水、蒸馏水洗涤数次。
2. 仪器常数的测定：
在测样试管中装入适量的蒸馏水（注意水要洁净，杂质对γ影响很大），调节装水量，使在装好毛细管后，毛细管的尖端刚好与液面接触（毛细管内会上升一小段水柱）。将测定试管与三通活塞接好，然后将整个试管置于恒温水
浴中恒温5分钟。
先旋转三通活塞（或水平抽出三通活塞一小截），使体系与大气相通，则U 型管压力计两侧液柱高度相同。如果是使用数显微压差仪，选"H2O柱"键在体系与大气相通的时候，按下"采零"键，读数应显示"00.00"。
旋转三通活塞180度（或推紧三通活塞），使体系封闭，轻轻拧开减压瓶的出水活塞，由于水的流出，体系压力下降，最终导致毛细管口有气泡产生，仔细调节出水量，使气泡形成的频率稳定在每分钟8个左右，记录U型压力计两端所达到的最大液面差。重复读取三次数据，取其平均值为。如果是使用数显微压差仪，就读取最大的显示值（显示的是负值）的绝对值三次，取其平均值。
3. 乙醇水溶液表面张力的测定：
将测样试管用与待测溶液浓度相同的回收液洗两次（每次少量且要握紧上下起落式冲洗），然后按浓度由低到高的顺序依次测定，记录各△h值（各读三次数据，然后取平均值），操作方法同上。
注意：每测完一种样品，要将试管中的测量溶液倒入相应浓度的回收瓶中，供下一轮实验做清洗试管用。全部样品做完后，将毛细管和测样套管用自来水和蒸馏水彻底洗净。
由于测定的次数较多，请大家细心操作，切勿将毛细管、测样试管、减压瓶以及各联接的玻璃损坏。若乳胶管不易套玻管时，可用少量蒸馏水润湿再套，切忌用力过猛而扭端仪器、伤了手指。
五、数据处理
1. 由蒸馏水的数据计算仪器常数K（已知不同温度下水的表面张力γ查下面的附表）
2. 由（10）式计算各浓度乙醇水溶液的表面张力（γi）。
在坐标纸上绘制γ－c图，并用"镜像法"在曲线上作出各浓度点的切线，或直接用Origin软件处理，按图1所示的方法，通过(3)式计算各自的吸附量Γ。在坐标纸上绘出Γ－c图（即吸附等温线）。
数据记录参考格式：（计算时注意单位换算）
室内气压：kPa,合mmH2O;ρ无水乙醇(配制时)：测定温度：℃
【思考题】
1. 准确地取x ml无水乙醇和(1000－x)ml蒸馏水能得到准确的1000ml溶液吗？为什么？x越大时差别越大还是越小（1< x <500范围内）？
2. 本实验为何要测定仪器常数？仪器常数与温度有关系吗？
3. 如果毛细管端口插入液面有一定深度，对实验数据有何影响？
4. 影响本实验结果的主要因素是什么？
5. 由求算乙醇的横截面积，并与文献值相比较，计算相对的误差大小。
6. 如果想通过类似实验测阿佛加德罗常数，能近似做到吗？如果要做，你觉得选什么做溶质为好？
【英汉词条】
毛细管capillary / capillary tube毛细管常数capillary constant
密度density粘度viscosity
吸附量adsorptive capacity比表面能specific surface energy
曲率半径radius of curvature 乙醇ethanol
仪器常数apparatus constant / instrumental constant
表面张力interfacial force / interfacial tension / surface tension / surface tensity
附：用Origin处理表面张力数据方法
一. 输入数据
1.击"Origin"，打开Origin窗口。
2.在"Data1"窗口中输入你的实验数据。A(X)--浓度，B(Y)--高度差。
3.鼠标右键点击空白处，出现快捷框，点击"Add new column"，出现C（Y）列。
4.求溶液的表面张力：
鼠标右键点击C（Y），出现快捷框，点击"Set column values"，出现"Set column values"窗口，在"Col（C）="后填入"水的表面张力*Col（B）/h水"，如
Col（C）=73.49*Col（B）/241
点击OK即可在C（Y）列中得到溶液的表面张力。
二．非线性拟合
1.拉黑C（Y）列，点击Origin窗口上方菜单栏中"Analysis"中的"Non-Liner Curve Fit"（NLSF），出现NLSF窗口或NonLinear Curv ……窗口。
2.自定义拟合函数
①在NLSF窗口的菜单中选择"Function"中的"New"，打开"Define New Function"对话框。
②在"Name"文本框中输入函数名。
③在"Defination"文本框中输入自定义的函数表达式。乘用"*"号，除用"/"。在表面张力实验中为：y=p1-p2*ln（1+p3*x）其中y--表面张力，x--浓度。
④在"Number of Parameter"下拉自定义函数式中的参数个数：3。
⑤在下方"Form"中选"equations"
⑥单击"Save"即可。
3. 指定函数变量。
①在NLSF窗口的菜单中选择"Action"中的"Dataset"，打开"Select Dataset"对话框。
②在对话框顶部的列表框内单击y变量，然后在"Available Datasets"列表框中单击"Data1-c"。
③单击"Assign"命令按钮。即y变量对应于Data1-b数列了。同样可指定x变量对应于Data1-a数列。
4. 曲线拟合。
①在NLSF窗口的菜单中选择"Action"中的"Fit"
②分别设置参数的初始值，可都设为1。
③点击"10 Iter"按钮2～5次，直至参数值不变即可。同时拟合出的曲线也将出现在绘图框中。
将参数值代入自定义的函数式中，即为由数据拟合的表达式。绘图框中的曲线即为拟合曲线。
关闭NLSF窗口。
三、dγ/dc
1.按上述方法得到拟合曲线后，鼠标右键点击绘图框"1"，出现快捷菜单，点击最下方的"NLSF"数据。
2.点击Origin窗口上方菜单栏中"Analysis"中的"Calculus"中的"Differentiate"，出现dy/dx与x的关系曲线的绘图框"Deriv"。
3.在绘图框"Deriv"上双击曲线，出现"Plot Details"对话框。
4.单击"Plot Details"对话框中下方的"Worksheet"，出现关系曲线上的相关数据的对话框，即拟合曲线上的A（x）--浓度、B（y）--表面张力、B`（y）--表面张力对浓度的微分值。
四、求吸附量~浓度曲线
1.在"NLSF1-user1 fit of Data1-C"表格右边的空白处单击右键，出现快捷菜单，点"Add New Column"，即出现新的一栏。
2.在空白栏最上一栏中单击右键，出现快捷菜单，点击"Set Column Value"，出现Set Column Value对话框。
3.在文本框中输入公式：-col(A)*col(B')/(8.314*298)(25摄氏度)
点击"ok"即可得到C（Y）的吸附量值。
4.4.选择C（Y）列，单击右键，作图即可出现吸附量与浓度的关系曲线。
表面张力的测量方法 英才学院 1236305 张雍淋 6121810519 液体表面张力测量在化学、医药、生物工程等领域具有重要意义， 根据液体表面张力的大小可以确定表面活性并计算表面活性剂在溶液表面的吸附量；在合金液体体系中，借助于表面张力还可以评价金相组织及孕育效果等重要参数。目前，测量液体表面张力系数有毛细上升法、最大气泡压力法、液滴法等。 1. 毛细上升法 这个方法，研究的比较早，在理论和实际上都比较成熟。如图 1所示，干净的毛细管浸入液体内部时，如果液体间的分子力小于液体与管壁间的附着力，则液体表面呈凹形。此时表面张力产生的附加力为向上的拉力，并使毛细管内的液面上升, 直到液柱的重力与表面张 力相平衡。 图 1 212cos ()g r r gh πσθπρρ=- 1()2cos g ghr ρρσθ-=
其中：σ—液体的表面张力；r-毛细管的内径；θ-接触角； ρ 1ρ-液体和气体的密度；h-液柱的高度；g-当地的重力加速度。在 和 g 实际应用中一般用透明的玻璃管，如果玻璃被液体完全润湿,可以近似的认为θ= 0。 毛细上升法是测定表面张力最准确的一种方法，国际上也一直用此方法测得的数据作为标准。应用此方法时，要注意选择管径均匀, 透明干净的毛细管，并对毛细管直径进行仔细的标定；毛细管要经过仔细彻底的清洗，毛细管浸入液体时要与液面垂直。 2.最大气泡压力法 如图 2 所示，向插入液体的毛细管轻轻的吹入惰性气体(如 N 2等)。如果选用的毛细管半径很小，在管口形成的气泡基本上是球形的。并且当气泡为半球时，球的半径最小等于毛细管半径 r ；在其前后曲率半径都比r大，如图2 所示。当气泡为半球时，泡内的压力最大，管内外最大压差可由差压计测量得到。 图2
溶液中的吸附作用和表面张力的测定 ——最大气泡压力法 【摘要】本实验采用最大气泡压力法测定了一系列不同浓度的正丁醇溶液的表面张力，并根据Gibbs吸附公式和Langmuir等温方程式的到了表面张力与溶液吸附作用的关系，用作图法求出了正丁醇分子横截面积，从实验上进一步了解表面张力的性质以及表面张力和吸附的关系，并得到了一个测量表面张力的简单有效而又精确的方法。 【关键词】最大气泡法表面张力吸附作用 一、前言 正丁醇是一种表面活性物质，可以使溶液表面张力下降。利用最大气泡压力法，可以测量出正丁醇溶液的表面张力。根据表面张力与气泡压力的关系，由σ-c曲线可以求出溶液界面上的吸附量和单个正丁醇分子的横截面积（S）。 1、物体表面的分子和内部分子能量也不同，表面层的分子受到向内的拉力，有自动缩小的趋势，表面分子的能量比内部分子大。体系产生新的表面（A）所需耗费功（W）的量，其大小应与A成正比。在等温下形成1m2新的表面所需的可逆功为，称为单位表面的表面能，其单位为N·m-1，通常称为表面张力。 2、纯液体情形下，表面层的组成与内部的组成相同，因此液体降低体系表面自由能的途径是缩小其表面积。对于溶液，溶质会影响表面张力，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
原理，溶质能降低溶液的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比溶液内部大。反之同理 。这种表面浓度与溶液里面浓度不同的现象叫“吸附”。 Gibbs 用热力学的方法推导出吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度间的关系式 ＝T c RT c ??? ??- ??σ 当( )?σ ?c T <0时， >0，称为正吸附。反之，( )?σ ?c T >0时， <0，称 为负吸附。 正丁醇溶液浓度极小时，溶质分子平躺在溶液表面上，当浓度增加到一定程度时，被吸附了的表面活性物质分子占据了所有表面形成了单分子的饱和吸附层。 在一定温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir 等温方程式表示：ΓΓ=?+?∞K C K C 1 或 C C K ΓΓΓ=+ ∞∞ 1 以 C Γ ～C 作图可得一直线，由直线斜率即可求出Γ∞。在饱和吸附情况下，正丁醇分子在气－液界面上铺满一单分子层，则可求得正丁醇分子的横截面积S N 01 = ∞Γ~ 3、最大气泡压力法：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。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。 张力与浓度的关系图
.. . . .. 南昌大学物理实验报告 课程名称：大学物理实验 实验名称：液体表面张力系数的测定 学院：管理学院专业班级： 学生姓名：学号： 实验地点：基础实验大楼608 座位号： 实验时间：第三周星期天下午四点开始 学习参考． .. . .. .
液体表面张力系数的测定实验报告【实验目的】1．了解水的表面性 质，用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。．学会使用焦利氏秤测量微小力的原理和方法。2【实验仪器】焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，水，游标卡尺等。 【实验原理】 液体表面层内分子相互作用的结果使得液体表面自然收缩．犹如紧张的弹性薄膜。由于液面收缩而产生的沿着切线方向的力称为表面张力。设想在液面上作长为L 的线段，线段两侧液面便有张力f相互作用，其方向与L垂直，大小与线段长度L成正比。即有： ???LF f α称为液体表面张力系数，单位：N/m。 将一表面洁净的长为L、宽为d的矩形金属片(或金属丝)竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属片将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有 F=mg+f。其中，F为拉出时所用的力，mg为金属片和带起的水膜的总质量，f 为表面张力。实验中利用金属圆环，则： f=F-mg 【实验步骤】 1．安装好仪器，挂好弹簧．调节底板的三个水平调节螺丝，使焦利秤立柱竖直。在主尺顶部挂入吊钩再安装弹簧和配重圆柱体．使小指针被夹在两个配重圆柱中间，配重圆柱体下端通过吊钩钩住砝码托盘。调整小游标的高度使小游标左侧的基准线大致对准指针，锁紧固定小游标的锁紧螺钉．然后调节微调螺丝使指针与镜子框边的刻线重合．当镜子边框上刻线、指针和指针的像重合时(即称为“三 线对齐”)，读出游标0线对应刻度的数值L. 02．测母弹簧的倔强系数K：依次增加1.0g砝码．即将质量为1.0g，2.0g．3.0g，…，9.0g的砝码加在下盘内。调整小游标的高度．每次都重新使三线对齐，分别记下游标0线所指示的读数L1．L2，…，L9；再逐次减少1.0g砝码．调整小游标的高度．每次都重新使三线对齐，分别记下游标。线所指示的读数L9'，L8'，…．L0'，取二者平均值，用逐差法求出弹簧的倔强系数。即 ?L L-ii?L i241? (L-?L)?L i5?i5i?05g?K L?学习参考． .. . . .. 值。将洁净的金属圆环挂在弹簧下端的小钩子上，调整小游标的mg)3．测(F一。把装有蒸馏水的烧杯置于焦S高度使三线对齐．记下此时游标0线指示读数0利平台上，调节平台位置，使金属片浸入水中，转动平台旋钮使平台缓缓下降，下降的过程中金属圆环底部会拉成水膜，在水膜还没有破裂时需调节三线对齐，金属圆环刚好脱直到平台稍微下降，然后再使平台下降一点，重复刚才的调节，的值，即为在S，算出△S=S—出液面为止，记下此时游标0线所指示的读数
学号：201114120222 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： 2013-11-12 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： 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： 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 g h p p p ρ?=-=系统大气m ax r g h r p rr πρππ22m ax 2=?=γπρππr g h r p r 22m ax 2 =?=g h r ργ?=2
最大泡压法测定液体表面张力实验数据处理 1．安装Origin 7.0软件并双击打开； 2．在A[X]和B[Y]数据列分别输入正丁醇浓度和相对应的最大压力差； 3．在空白处点击鼠标右键，点击“Add New Column（增加新列）”增加新的数据列C[Y]； 4．右键单击C[Y]数据列，点击“Set Column Values（设置列值）”，在对话框中输入计算程序计算正丁醇的表面张力：“(0.0728/566)*col(B)”，输入完毕之后点击“OK”，这时在C[Y]中就得到了不同正丁醇溶液的表面张力。 注意在“（0.0728/566）/col(B)”公式中，“”0.0728“为实验温度下水的表面张力，各组的数据可能不同，”566“为测定的水的最大压力差，各组也是不同的，输入你组测定的数据进行计算即可。 5．选中C[Y]数据列，点击“Analysis（分析）→Non-linear Curve Fit（非线性曲线拟合）→Advanced Fitting Tool （高级拟合工具）”，出现数据拟合对话框。 6．点击对话框中的”Function（函数）→New（新建）”，建立新的拟合函数。
7．在“Example(样本)“框内输入你指定的拟合函数：”y=p1-p2*ln(1+p3*x)“，并将”Number of Parameters（参数数量）“设为3，将”Form（形状）“设为”Equations（方程式）“，点击“Save（保存）”保存，这时我们的拟合函数设定完毕 8．点击“Action（执行）→Dataset（数据列）”，出现参数指定对话框。”点击在对话框顶部的列表框内单击y 变量，然后在“Available Datasets（可用数据列）”列表框中单击“Data1 -c”; 单击“Assign（赋值）”命令按钮。即y 变量对应于Data1-C 数列。同样可指定x 变量对应于Data1-A 数列． 9．点击”Action（执行）→Fit（拟合）“，出现曲线拟合对话框。将“P1、P2、P3 ”初始值均设为“1”。点击“100 Iter”按钮2 ～5 次，直至参数值不变即可。同时拟合出的曲线将出现在绘图框中。点击“Done（完成）”，在曲线对话框出现了拟合参数值（也可见曲线下面的数据框，给出了P1、P2、P3的数值，带入y=p1-p2*ln(1+p3*x)，得到拟合的函数，其中y为表面张力，x为浓度），代入自定义的函数式中，即为由数据拟合的函数表达式，绘图框中的曲线即为拟合曲线。 10．求算曲线各点对应斜率dγ/ dc。按上述方法得到拟合曲线后，鼠标右键点击绘图框“1”，出现快捷菜单，点
实验D-13 滴重法测定液体的表面张力 实验目的 用滴重法测量液体的表面张力，学会用校正因子表，迭代计算毛细管的半径。 实验原理 当液体在滴重计(滴重计市售商品名屈氏粘力管)口悬挂尚未下滴时： r ：若液体润湿毛细管时为外半径，若不润湿时应使用内半径。 σ: 液体的表面张力。 m ：液滴质量(一滴液体)。 g ；重力加速度，当采用厘米.克.秒制时为 981cm ／S 2 但从实际观察可知，测量时液滴并未全部落下，有部分收缩回去，故需对上式进行校正： m ’为滴下的每滴液体质量(用分析天平称量)。 f 称为哈金斯校正因子，它是r ／v 1/3 的函数；v 是每滴液体的体积；可由每滴液体的质 量除液体密度得到。在上式中r 和f 是未知数，可采用已知表面张力的液体（如蒸馏水）做实验，采用迭代法得到： 设每滴水质量为m ’，体积为v ；先用游标卡尺量出滴重计管端的外直径D ；可得半 径r 0；用r 0作初值；求得r 0/ v 1/3 ；查哈金斯校正因子表（插值法）得f 1；用水的表面 张力σ和f 1代入12'r f m g πσ=；求的第一次迭代结果r 1；再由r 1/ v 1/3 查表得f 2 ；再代 入： 22'r f m g πσ=求得第二次迭代值r 2，同法再由r 2/ v 1/3 代入查表求f 3 ，这样反复迭代 直至相邻两次迭代值的相对误差：┃（r i-1-r i ）/ r i ┃≤eps （eps 表示所需精度，如1‰）这时的r 就是要求的结果，记录贴在滴重管上的标签上，半径就标定好了。 求得半径r 后，对待测液体只要测得每滴样品重和密度，就可由r/ v 1/3查表得f ；由： 2'r f m g πσ= 就可求得样品的表面张力。 纯水的表面张力见最大泡压法实验；水和酒精的密度数据见恒温技术与粘度实验。 仪器与药品 屈氏粘力管一根。测液体比重用比重瓶一个。游标卡尺一根（公用）。50ml 和100ml 烧杯各一个。酒精，表面活性剂溶液（每组一个，实验室编好号）。 实验步骤 1.用游标卡尺测量滴重计的外半径。测量酒精从上刻度到下刻度滴下液滴的总质量W 和滴数
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--=--=
. . 物理化学实验备课材料 实验17 液体表面张力的测定 一、基本介绍 液体的表面张力是指液体与它的蒸气成平衡时体系的界面张力。液体表面张力常常是在空气中测定的。当气相是一个处于低压或中压的惰性气体时，一般液体表面张力值与气相的组成几乎无关。液体的表面张力，源于液体相界面分子受力不平衡，意为相表面的单位长度收缩力，用“σ"表示，其单位是焦耳/平方米(J·m-2)或牛/米(N·m-1).液体表面张力的测定，不仅可以加深对表面张力这一物系热力学性质的认识，而且可以研究表面活性剂的表面活性、分子的横截面积、分子长度等。 二、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, 由表面张力的实验数据求分子的截面积及吸附层的厚度。 三、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1m2，则－W′＝σ是在恒温恒压下形成1m2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
实验报告 班级微电子101姓名贺鸿浩学号10105110 日期2011.10.24 室温26.2℃气压102.29kpa成绩教师 实验名称液体表面张力系数的测量 【实验目的】 1．了解液体表面性质 2．学习采用液体表面张力系数测定仪的使用方法 3．学习用拉脱法测表面张力系数的原理和方法 【实验仪器】 液体表面张力测定装置、砝码盘和砝码、圆环型吊片、卡尺、温度计 图1液体表面张力测定装置 【实验原理】 1. 拉脱法 测量一个已知周长的金属圆环或金属片从待测液体表面脱离时所需的拉力，从而求得该液体表面张力系数的方法称为拉脱法。所需的拉力是由液体表面张力、环的内外径及液体材质、纯度等因素决定。 2. 吊环法和吊片法比较 （1）吊环法：使用金属细线制成吊环时，在液膜被拉破的瞬间接触角不接近于零，此时所测得的力是表面张力向下的分量，因而所得表面张力系数误差较大，必须用修正公式对测量结果进行修正。 （2）吊片法：虽然液膜被拉破的瞬间接触角趋近于零，但在具体测量时，由于吊片在拉脱
过程中容易发生倾斜,实验时吊片的长度上限为3—4cm ，而在测量力时，则希望力大 一点,有利于提高测量精确度。 （3）片状吊环：新设计有一定厚度的片状吊环。经过对不同直径吊环的多次试验，发现当 吊环直径等于或略大于 3.3cm 时,在液膜被拉破的瞬间液体与金属环之间的接触角接 近于零，此时接触面总周长约为20cm 左右。在保持接触角为零时，能得到一个 较大的待测力。 3. 实验原理 使用片状吊环，在液膜拉破前瞬间，考虑一级近似，认为液体的表面张力为： f = f 1 + f 2 = αл(D 1+ D 2) 这里α为表面张力系数，D 1、D 2分别为吊环的外径和内径。 片状吊环在液膜拉破前瞬间有： 此时传感器受到的拉力F 1和输出电压U 1成正比，有： U 1 = BF 1 片状吊环在液膜拉破后瞬间有： F 2 = mg 同样有 U 2 = BF 2 片状吊环在液膜拉破前后电压的变化值可表示为： U 1－ U 2 = △U = B · △F = B （F 1－ F 2）= B αл(D 1+ D 2) 由上式可以得到液体的表面张力系数为：1212() U U B D D απ-=+ 这里U 1：液膜拉断前瞬间电压表的读数，U 2：膜拉断后瞬间电压表的读数 实验内容（用拉脱法测量水的表面张力）： 1．力敏传感器进行定标，用最小二乘法作直线拟合，求 出传感器灵敏度B 。 2．游标卡尺测量金属圆环的内、外直径。 3．金属环状吊片挂在传感器的小钩上，调节升降台，将 液体升至靠近环片的下沿，观察环状吊片下沿与待测液面 是否平行，将金属环状吊片取下后，调节吊片上的细丝， 使吊片与待测液面平行。（注意 ：吊环中心、玻璃皿中心 最好与转轴重合。） 4．调节容器下的升降台，使其渐渐上升，将环片的下沿部分全部浸没于待测液体。然后反 向调节升降台，使液面逐渐下降。这时，金属环片和液面间形成一环形液膜，出现“浸润” 现象，继续下降液面，测出环形液膜即将拉断前一瞬间数字电压表读数值 U1和液膜拉断后 一瞬间数字电压表读数值U2。（注意 ：液膜断裂应发生在转动的过程中，而不是开始转动 或转动结束时，因为此时振动较厉害，应多次重复测量。） 【实验步骤】 1.开机预热（15分钟） 2.将水盛入玻璃器皿内（1cm 左右），用双面胶与升降台面贴紧固定。 3.将砝码盘挂在力敏传感器的钩上 图2液膜的收缩
用拉脱法测定液体表面张力系数 液体表层厚度约m 10 10 -内的分子所处的条件与液体内部不同，液体内部每一分子被周 围其它分子所包围，分子所受的作用力合力为零。由于液体表面上方接触的气体分子，其密 度远小于液体分子密度，因此液面每一分子受到向外的引力比向内的引力要小得多，也就是说所受的合力不为零，力的方向是垂直与液面并指向液体内部，该力使液体表面收缩，直至达到动态平衡。因此，在宏观上，液体具有尽量缩小其表面积的趋势，液体表面好象一张拉紧了的橡皮膜。这种沿着液体表面的、收缩表面的力称为表面张力。表面张力能说明液体的许多现象，例如润湿现象、毛细管现象及泡沫的形成等。在工业生产和科学研究中常常要涉及到液体特有的性质和现象。比如化工生产中液体的传输过程、药物制备过程及生物工程研究领域中关于动、植物体内液体的运动与平衡等问题。因此，了解液体表面性质和现象，掌握测定液体表面张力系数的方法是具有重要实际意义的。测定液体表面张力系数的方法通常有：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。本实验仅介绍拉脱法。拉脱法是一种直接测定法。 【实验目的】 1．了解326FB 型液体的表面张力系数测定仪的基本结构，掌握用标准砝码对测量仪进行 定标的方法，计算该传感器的灵敏度。 2．观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象，并用物理学基本概念和定律进行分析和研究，加深对物理规律的认识。 3．掌握用拉脱法测定纯水的表面张力系数及用逐差法处理数据。 【实验原理】 如果将一洁净的圆筒形吊环浸入液体中，然后缓慢地提起吊环，圆筒形吊环将带起一 层液膜。使液面收缩的表面张力f 沿液面的切线方向，角?称为湿润角（或接触角）。当继续提起圆筒形吊环时，?角逐渐变小而接近为零，这时所拉出的液膜的里、外两个表面的张力f 均垂直向下，设拉起液膜破 裂时的拉力为F ，则有 f g m m F 2)(0++= （1） 式中，m 为粘附在吊环上的液体的质量，0m 为吊环质量，因表面张力的大小与接触面周边界长度成正比，则有 απ?+=)(2外内D D f （2） 比例系数α称为表面张力系数，单位是m N /。α在数值上等于单位长度上的表面张力。式中l 为圆筒形吊环内、外圆环的周长之和。 ) ()(0外内D D g m m F ++-= πα （3） 由于金属膜很薄，被拉起的液膜也很薄，m 很小可以忽略，于是公式简化为：
. . 物理化学实验备课材料 实验17 液体表面力的测定 一、基本介绍 液体的表面力是指液体与它的蒸气成平衡时体系的界面力。液体表面力常常是在空气中测定的。当气相是一个处于低压或中压的惰性气体时，一般液体表面力值与气相的组成几乎无关。液体的表面力，源于液体相界面分子受力不平衡，意为相表面的单位长度收缩力，用“σ"表示，其单位是焦耳/平方米(J·m-2)或牛/米(N·m-1).液体表面力的测定，不仅可以加深对表面力这一物系热力学性质的认识，而且可以研究表面活性剂的表面活性、分子的横截面积、分子长度等。 二、实验目的1、掌握最大气泡法测定表面力的原理，了解影响表面力测定的因素。 2、测定不同浓度正丁醇溶液的表面力，计算吸附量, 由表面力的实验数据求分子的截面积及吸附层的厚度。 三、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1m2，则－W′＝σ是在恒温恒压下形成1m2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，称为表面力，其单位是N·m-1。在定温下纯液体的表面力为定值，当加入溶质形成溶液时，表面力发生变化，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力时，表面层中溶质的浓度比溶液部大；反之，溶质使溶剂的表面力升高时，它在表面层中的浓度比在部的浓度低，这种表面浓度与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
实验二、用拉脱法测定液体的表面张力系数 液体表层厚度约m 10 10 -内的分子所处的条件与液体内部不同，液体内部每一分子被 周围其它分子所包围，分子所受的作用力合力为零。由于液体表面上方接触的气体分子，其密度远小于液体分子密度，因此液面每一分子受到向外的引力比向内的引力要小得多，也就是说所受的合力不为零，力的方向是垂直与液面并指向液体内部，该力使液体表面收缩，直至达到动态平衡。因此，在宏观上，液体具有尽量缩小其表面积的趋势，液体表面好象一张拉紧了的橡皮膜。这种沿着液体表面的、收缩表面的力称为表面张力。表面张力能说明液体的许多现象，例如润湿现象、毛细管现象及泡沫的形成等。在工业生产和科学研究中常常要涉及到液体特有的性质和现象。比如化工生产中液体的传输过程、药物制备过程及生物工程研究领域中关于动、植物体内液体的运动与平衡等问题。因此，了解液体表面性质和现象，掌握测定液体表面张力系数的方法是具有重要实际意义的。测定液体表面张力系数的方法通常有：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。本实验仅介绍拉脱法。拉脱法是一种直接测定法。 【实验目的】 1．了解737FB 新型焦利氏秤实验仪的基本结构，掌握用标准砝码对测量仪进行定标的方法； 2．观察拉脱法测液体表面张力的物理过程和物理现象,并用物理学基本概念和定律进行分析和研究,加深对物理规律的认识。 3．掌握用拉脱法测定纯水的表面张力系数及用逐差法处理数据。 【实验原理】 1．测量公式推导： 当逐渐拉提冂形铝片框时，?角逐渐变小而接近为零，这时所拉出的液膜前后两个表面的表面张力f 均垂直向下。设拉起液膜将破裂时的拉力为F ，则有 f 2 g )m m (F 0+?+= （1） 式中：m 为粘附在框上的液膜质量，0m 为线框质量。因表面张力的大小与接触面周界长度成正比，则有： )d L (2f 2+?α= （2） 比例系数α称表面张力系数，单位为m /N 。 由（1），（2）式得： ) d L (2g )m m (F 0+?+-= α （3） 由于冂形铝片框很薄，被拉起的水膜很薄，m 较小，可以将其忽略，且一般有d L >>，那么L d L ≈+，于是（3）式可以简化为 ： L 2g m F 0?-= α （4）
液体表面张力系数的测定一 实验目的1 学习用界面张力仪测微小力的原理和方法。2 深入了解液体表面张力的概念，并测定液体的表面张力系数二 实验原理1 液体表面张力 由于液体分子之间存在作用力，使每个位于表面层内的分子都受到一个指向液体内部的力，这就使每个分子都有从液体表面进入液体内部的倾向，所以液体表面积有收缩的趋势，在没有外力的情况下，液滴总是呈球形，致使其表面积缩到最小，这种使液体表面收缩的力叫做液体的表面张力。2 液体表面张力系数的测量原理 图1 如图1，将一表面洁净的矩形金属薄片浸入水中，使其底边保持水平，然后将其轻轻提起，则其附近液面呈现如图示的形状，则时，f 方向趋向垂直向下。在金属片脱0→?离液体前，受力平衡条件为（1）mg f F +=而（2）)(2d l f +=α则（3）)(2d l mg F +-=α若用金属环替代金属片，则（3）式变为
（4）)(21d d mg F +-=πα式中d1，d2为圆环的内外直径。若用补偿法消除mg 的影响，即mg F f -=则（4）式可写为（5）)(21d d f +=πα即为液体表面张力系数。三 实验仪器液体界面张力仪、标准砝码、环形测件、玻璃杯、镊子、纯净水、小纸片四 实验内容及步骤1 仪器调整。调整仪器水平，刻度盘归零。 2调零。将小纸片放在金属环上，调整调零旋扭，通过放大镜观察，指针、指针的像及红线三线重合。 3 绘制质量标准曲线分别在小纸片上放100mg 、300 mg 、500 mg 、700 mg 、 1000 mg 的砝码，记下对应的刻度盘的示数。以所加砝码的质量作为横坐标，刻度盘的示数作为纵坐标，绘制质量标准曲线。 4 测量纯净水的表面张力系数调零。用玻璃杯盛大约2/3的水，放在样品座上，调节样品座的高度，使金属环刚好浸过水面。左手调节样品座下面的螺丝，使样品座缓慢的下降，右手调节蜗轮旋扭。两手调节的同时，眼睛观察三线始终重合，直到环把水膜拉破为止。记下刻度盘示数M’。为了消除随机误差，共测五次。 6 将M’在质量标准曲线上查得水作用在金属环上的表面张力，按式（5）计算出mg f =水的表面张力系数。五 数据记录及处理1 金属环的直径外径 ： 内径：mm d )001.0670.19(1±=mm d )001.0470.18(1±=定设备调试高中资料试
液体表面张力系数的测定报告记录模板
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液体表面张力系数的测定实验报告模板 【实验目的】 1．了解水的表面性质，用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。 2．学会使用焦利氏秤测量微小力的原理和方法。 【实验仪器】 焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，水，游标卡尺等。 【实验原理】液体具有尽量缩小其表面的趋势，好像液体表面是一张拉紧了的橡皮膜一样。这种沿着表面的、收缩液面的力称之为表面张力。测量表面张力系数的常用方法：拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。此试验中采用了拉脱法。拉脱法是直接测定法，通常采用物体的弹性形变（伸长或扭转）来量度力的大小。液体表面层内的分子所处的环境跟液体内部的分子不同。液体内部的每一个分子四周都被同类的其他分子所包围，他所受到的周围分子合力为零。由于液体上方的气象层的分子很少，表层内每一个分子受到的向上的引力比向下的引力小，合力不为零。这个力垂直于液面并指向液体内部。所以分子有从液面挤入液体内部的倾向，并使得液体表面自然收缩，直到处于动态平衡。 表面张力 f 与线段长度 L 成正比。即有： f = αL （1） 比例系数α称为液体表面张力系数，其单位为Ｎm-1。 将一表面洁净的长为 L、宽为 d 的矩形金属片（或金属丝）竖直浸入水中，然后慢慢提起一张水膜，当金属片将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有 F = mg + f （2） 式中 F 为把金属片拉出液面时所用的力；mg 为金属片和带起的水膜的总重量； f 为表面张力。此时， f 与接触面的周围边界 2（L＋ d ）,代入（2）式中可得α = F ? mg2( L + d ) 本实验用金属圆环代替金属片，则有 α= F ? mg π (d1 + d2 ) 式中 d1、d2 分别为圆环的内外直径。
佛山科学技术学院实验室开放基金项目 研究报告 项目名称：液体表面张力系数的测定 申请者：李京玲吕咏思朱家欢蔡小玲朱绍进刘本明所在学院：理学院 指导老师： 类别： ■自然科学类学术论文 ?哲学社会科学类社会调查报告和学术论文 ?科技发明制作A □科技发明制作B
液体表面张力系数的测定 姓名：李京玲吕咏思朱家欢蔡小玲朱绍进刘本明班级：10物理学（师范） 摘要： 关键词：液体表面张力 引言 有时候，我们会觉得很奇怪，为什么有的笑昆虫能在液体上自由自在的行走？为什么银针能在水面上浮着而不沉下去呢？为什么少量水银在干净的玻璃版上会收缩成球冠状，而水却会扩张开来？等等的这些原因，激起我们想要研究液体表面张力的动力。 【实验目的】 1.掌握用焦利秤测量微小力的原理和方法。 2.用拉脱法测量室温下水的表面张力系数。 【实验仪器】 约利弹簧秤、砝码、烧杯、金属框、游标卡尺等。 【实验原理】 液体分子之间存在分子力，其有效作用半径约10-8cm。液体表面层内的分子所处的环境和液体内部分子不同。液体内部每个分子四周都被同类的其他分子所包围，它受到周围分子的合力为零。但处于液体表面层内的分子，由于液体上方为气相，分子数很少，因而表面层内每个分子受到向上的引力比向下的引力少，合力不为零，即液体表面处于张力状态。表面分子有从液面挤入液体内部的倾向，使液面自然收缩，直到处于动态平衡，即在同一时间内脱离液面挤入液体内部的分子数和因热运动而到达液面的分子数相等为止。因而，在没有外力作用时液滴总是呈球形，即是其表面积缩到最小。 表面张力的大小可以用表面张力系数来描述。 设在液面上作一厂为L的线段，此线段两侧的液体之间存在着互相牵引的力f，这种力的方向恒与线段垂直，大小与线段长度L成正比，即 F=ɑL (1) 其比例系数ɑ为液体表面张力系数，定义为作用在单位长度上的表面张力，单位为N/m。实验证明，表面张力系数ɑ的大小与液体的种类、纯度、温度和它上方的气体成分有关，温度越高，液体中所含杂质越多，则表面张力系数越小。
溶液表面张力的测定-最大气泡法 Determination of Surface Tension Using Maxinum Bubble Pressure Method 一、实验目的及要求 1．掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 2. 学会以镜面法作切线，并利用吉布斯吸附公式计算不同浓度下正丁醇溶液的表面吸附量。 3. 求正丁醇分子截面积和饱和吸附分子层厚度。 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（如图1所示）。 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值 图1 分子间作用力示意图 ΔG称为单位表面的表面能其单位为J．m-3。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。欲使液体表面积加△S时，所消耗的可逆功A为： 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。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
摘要 本文论述了用滴重法测定液体表面张力的基本原理、测定装置、测试步骤和该方法的应用特点。 Abstract: The basic principle, device and method for measuring liquid surface tension with the drop weight method are reviewed in this paper. Besides, the application features of this method are introduced. 关键词 液体表面张力 滴重法 Keywords Liquid surface tension; Drop weight method 前言 表面张力的知识对基础科学研究和生产应用都具有重要意义。它决定了很多工业生产的质量，例如：食品、农业化学制品、药品的生产和冶金[1]、炼钢等等。人们针对表面张力也做了大量的研究，很多发达国家将表面张力测定作为检测和控制环境污染的标准程序之一。 滴重法是一种较好的测定表面张力的方法，此方法操作简单，温度控制方便，试样尺寸小，再现性好，而且能够测量液-气界面和液-液界面的张力。在适当的条件下，滴重法的精度可以达到±m 。 测量原理 图1 滴重法示意图 如图1所示，对于液体从很细的管口中缓慢滴出的过程，液滴在表面张力的支撑下缓慢长大，当重量比表面张力稍大时，液滴就将落下来。设管口的半径为r ，落下的液滴质量为m ，其表面张力为σ，当重力加速度为g ，则可以得到： σr mg 2π= (1) 但实际过程并不是这么简单，当液滴落下时，首先式中部变细，大部分落下来，剩下的一部分变成小液滴，接着落下来。即使采用毛细管，应用公式(1)也会产生很大的误差，因此Harkins 就引入了校正因子f ，则更精确的表面张力可以表示为： rf mg σ2π= (2) 其中f 与液滴的大小V 和管口的半径r 有关，根据f 与3/1V r 的关系，可以从表中查得相应的修正系数[2]。
液体表面张力系数的测量实验 液体沿表面总是存在着使液面紧张且向液体内收缩的力称为表面张力。液体的许多现象，如毛细管现象、湿润现象、泡沫的形成等，都与表面张力有关。表面张力系数是液体表面的重要力学性质：对于不同种类的液体，其表面张力不同，而对于同一种液体，其表面张力系数随着温度及其所含杂志的改变而增大或减小。这些性质广泛应用于工业生产中，如浮法选矿、液体的传输技术、化工生产线的设计等等都要对液体的表面张力进行研究。 测定液体表面张力系数的方法很多。常用的有拉脱法和毛细管升高法。本次实验介绍用拉脱法测定液体表面张力系数。 一、实验目的 1．用砝码对硅压阻力敏传感器进行定标,计算该传感器的灵敏度,学习传感器的定标方法； 2．观察拉脱法测量表面张力的过程，并用物理学基本概念进行分析，加深对物理规律的认识； 3．测量纯水和其它液体（如：甘油）的表面张力系数。 二、实验仪器 实验仪器主要由液体表面张力系数测量实验仪主机以及实验装置以及镊子、砝码组成。应用电脑采集测量时需要壹根串口转USB 连接线、电脑和采集软件，仪器装置见下图。 三、实验原理 一个金属环固定在传感器上，将该环浸没于液体中，并渐渐拉起圆环，当它从液面拉脱瞬间传感器受到的拉力差值f 为 απ)(21D D f += （1） 式中： 1D 、2D 分别为圆环外径和内径，α为液体表面张力系数，g 为重力加速度，所以液体表面张力系数为：
)](/[21D D f +=πα （2） 实验中，液体表面张力可以由下式得到： B U U f /)(21-= （3） B 为力敏传感器灵敏度，单位V/N 。1U ,2U 分别为即将拉断水柱时数字电压表读数以及拉 断时数字电压表的读数。 四、实验步骤 1．连接硅压阻力敏传感器，并开机预热15～20分钟。测量吊环内外直径，然后清洗玻璃器皿（盛装待测液体）和吊环，给实验装置加水（注意加水量不可过多，可以参考装置外壁加水刻度线）； 2．将吊环挂在力敏传感器的钩上，将力敏传感器转至水容器外部，这样取放砝码比较方便。待吊环晃动较小时，对仪器进行调零，然后用镊子安放砝码对传感器进行定标，取放砝码时应尽量轻； 3．将待测液体倒入玻璃器皿后，再将盛有待测液体的玻璃器皿小心地放入空的塑料容器，并一起放入实验圆筒内；将力敏传感器转至容器内，并轻轻挂上吊环，可以轻触吊环，让其晃动 说明：之所以不将测量液体直接倒入塑料容器内进行测量，是防止某些待测液体与塑料容器发生化学反应而影响测量结果。 4．关闭橡皮球阀门，反复挤压橡皮球使装置内部液体液面上升，当吊环下沿部分均浸入待测液体中时，及时松开橡皮球的阀门，这时液面缓慢下降，观察环浸入液体中及从液体中拉起时的物理过程和现象。特别应注意吊环即将拉断液柱前一瞬间数字电压表读数值为U 1，拉断后数字电压表读数为U 2。记下这两个数值。 5.用计算机采集时，在环接触液面开始下降时点开始采集按钮，可以通过软件实时采集传感器输出电压值的变化过程，通过鼠标移动测量拉脱瞬间的电压值以及拉断后的电压值，计算测量液体的表面张力，并与手动测量的结果进行比较。 五、注意事项 1．实验前，吊环须严格处理干净：可用NaOH 溶液洗净油污或杂质后，用纯水冲洗干净，并用热吹风烘干；
物化實驗 第一組 實驗名稱：液體表面張力的測定指導教授：吳瑞泰教授 班級：四化材三甲 學生：林育江 學號：1100101111
實驗目的: 測定不同的液體的表面張力，並觀察溫度及溶液濃度變化對水表面張力的影響。 相關原理: 表面張力之現象是極為常見的，如葉片上的水珠成球狀、水銀瀉地與下雨的雨滴等。 分子因為互相吸引而成液體，而液體四周皆為等受力，合力為零。然而，液體表面的分子受到的引力並不均勻，導致統一呈現往液體內部進行的合力。這意味著，當分子從內部移動到表面時需要作功，而單位液面所高出來的表面位能，我們稱之為表面張力。
實驗步驟: （一）校正表面張力計 0.張力計的鋼絲扭力隨時間而改變所以要校正。 1.將表面張力計從盒子小心搬出 2.將水平儀裝設完成 3.取出鉑銥環掛於細桿鉤上，並歸零 4.鬆開固定鈕 5.調整小鈕拉緊鋼線鬆緊，調整大鈕可扭動鋼絲帶動細桿上 下 6.旋緊固定鈕 7.微調指針，細桿立即為向上翹即校正完畢 8.指針歸零，實驗開始。 （二）開始測定 1.測定95%乙醇水溶液，將溶液倒進培養皿，使鉑銥還輕觸 液面 2.靜置，逆時方向轉至液膜破裂，紀錄指針讀數 3.做第二次，歸零，重複步驟2，紀錄讀數求平均 4.移走培養皿，取下鉑銥環，以丙酮清洗風乾 5.將鉑銥環掛回鉤上
6.測定其他樣品，重複步驟 7.利用95%調出乙醇10%20%30%40%50%，測定之並記錄。 8.測量其他液體 （三）利用砝碼測作檢量線，獲得鋼絲扭力與角度的關係圖 1.將樣品平台降低，轉至一旁，移去培養皿，指針歸零 2.撕一小張紙片，大小約比環大，秤取其質量並記錄 3.將紙片放在鉑銥環上 4.將100mg的砝碼放置在紙片上，而後測量其角度 5.逐次加入100mg砝碼，直到刻度大於前面所測試樣之最大 值 6.繪圖 （四）計算表面張力 1.直接法 2.間接法