N a C l溶液液体表面张力系数与浓度的关系
大学物理创新性设计型实验 食品质量与安全1班 1138113 沈梦佳 氯化钠溶液液体表面张力系数与浓度的关系 小组成员：张理、沈梦佳、谢雨岑、陈其才 摘要：钢针、硬币等物能飘在洁净的水表面，清晨小草叶上的露水通常收缩成小球形状。这些现象表明，液体表面好比一层紧绷的薄膜，有自然收缩趋势，从而导致表面张力现象。表面张力描述了液体表层附近分子力的宏观作用，液体的许多现象与表面张力有关。因此，研究液体表面张力系数与浓度的关系可为各行业有关液体分子的分布和表面的结构提供有用的线索。 引言：当液体和固体接触时，若固体和液体分子间的吸引力大于液体分子间的吸引力，液体就会沿固体表面扩展，形成薄膜附着在固体上，这种现象叫做浸润。若固体分子和液体分子间的吸引力小于液体分子间的吸引力，液体就不会在固体表面扩展，不附着在固体表面，这种现象称为不浸润。浸润与不浸润取决于液体、固体的性质。浸润性质与液体中杂质的含量、温度以及固体表面清洁程度密切相关。表面张力是描述物体浸润性质的重要物理量。 表面张力是指作用于液体表面上任意直线的两侧、垂直于该直线且平行于液面、并使液体具有收缩倾向的一种力。从微观上看，表面张力是由于液体表面层内分子作用的结果。可以用液体表面张力系数来定量的描述液体表面张力的大小。设想在液面上作长为L的线段，在L的两侧，表面张力以拉力的形式相互作用着，拉力的方向垂直于该线段，拉力的大小正比于L，即f=αL，式中α表示作用于线段单位长度上的表面张力，称为表面张力系数，其单位为N/m. 液体表面张力的大小与液体成分有关。温度对液体表面张力影响极大，表面张力随温度升高而减小，两者通常相当准确地成直线关系。所以在研究液体表面张力系数与浓度的关系时，必须要控制环境温度不变。 将表面洁净的铝合金吊环挂在测力计上并垂直浸入液体中，使液面下降，当吊环底面与液面平行或略高时，由于液体表面张力的作用，吊环的内、外壁会带起液膜。 在吊环临界脱离液体时，吊环重力mg、向上拉力F与液体表面张力f（忽略带起的液膜的重量）满足 f=F-mg 而对于金属吊环，考虑一级近似，可认为表面张力系数乘上脱离表面的周长，即 F=α[π(D1+D2)]
电化学界面(1) 字体: 小中大| 打印发表于: 2007-7-17 17:04 作者: 热力学来源: 小蚂蚁化学门户网站 传统的电化学研究仅限于在（裸电极/ 电解液）界面上，从“青蛙实验”，Faraday电解定律，Tafel经验公式，到Nerst方程，电极过程动力学，乃至建立起界面双电层模型，20世纪70年代之前，如何赋予电极更优良或特定的功能还鲜为人知。而在1975年Miller(米勒)等人报道按人为设计对电极表面进行化学修饰，标志着化学修饰电极的问世之后，单纯的裸电极/电解液界面的电化学概念有了巨大发展。本文将着重介绍化学修饰的基本特征和应用；同时介绍离子选择性电极的基本特征和应用，以及电化学在生物体中的某些应用。 一化学修饰电极 与电化学中其他电极的概念相比，化学修饰电极最突出的特性是，在电极表面接着或涂敷了具有选择性化学基团的一层薄膜(从单分子到几个微米)。它是按人们意图设计的，并赋予了电极某种预定的性质，如化学的，电化学的，光学的、电学的和传输性等。化学修饰电极的表面性质比离子选择性电极要宽广得多，它概括了有意图设计的最高形式：设计相界面、设计在电极表面和电极之间的膜中分配和传输性质。化学修饰电极与离子选择性电极二者的不同点还在于，前者是利用电荷转移来进行实验测定或研究，而后者是测定相间电势。 因此，1989年IUPAC对化学修饰电极的定义是：化学修饰电极是由导体或半导体制作的电极，在电极的表面涂敷了单分子的，多分子的、离子的或聚合物的化学物质薄膜，借Faraday 反应(电荷消耗)而呈现出此修饰薄膜的化学的、电化学的以及/或光学的性质。 近30年来化学修饰电极领域的研究在国际上一直受到很大关注。美、英、法、日、德等国家都出现有代表性的研究组，国内有中科院长春应用化学所大量开展了这方面研究。随后许多高校也开展这方面的工作。这是因为化学修饰电极代表了电极/电解液界面的一种新概念。以聚合物膜修饰电极为例，它的界面要比传统溶液电化学情况复杂得多，它包括了膜/电极、电极/溶液、膜/溶液三个界面，其电荷传输机理也主要包括下列几个过程： ①电极与聚合物膜内电活性氧化还原物质间的电子转移反应(即电极反应)； ②膜内电荷与物质的移动；
实验五十六界面张力的测定 一实验目的 1.掌握界面张力和表面张力的基本概念； 2.了解界面张力和表面张力产生原因和现象； 3.学会表面张力仪的使用方法。 二实验原理 处于界面的分子与处于相本体内的分子所受的力不同,在本体内的分子所受的力是对称平衡的，合力为零,但处在表面或界面的分子由于上、下层分子对它的吸引力不同，所受合力不等于零，其合力方向一般情况下垂直指向液体内部，如在无外力作用下的水滴、汞滴、杯子中的弧形水面等，这种力由液体分子间内聚力引起，被称为界面张力。通常情况下，界面张力（interfacial tension)是指不相容两相间的张力，而表面张力（surfacial tension)是界面张力的一种特殊形式，是指气-液或气-固界面的张力。 表面张力是液体的属性之一，仅与温度有关，一般情况下温度越高，表面张力就越小。另外杂质或添加剂会明显改变液体的表面张力，比如洁净的水表面张力很大，沾有肥皂液的水表面张力就比较小。具有不同表面张力的液体呈现不同的物理现象和化学性质，液体的溶解性、润湿性、发泡性、涂布性及渗透性等性质也同表面张力有关。人们经常对给定的液体进行表面张力的分析，进而研究该液体相对于其他液体或固体的物理现象，而这种研究正是产业化过程中进行质量控制的基本手段之一。 本实验学习使用2种表面张力测量方法，白金环法（又称du Nouy法）和白金板法（又称Wilhelmy法）。表面张力的测定最早使用的白金环法，但由于白金环法存在某些不足，因此又研究开发出白金板法。图1是实验中使用的全自动表面张力仪示意图。 1双头挂钩及白金环（或白金板）； 2样品 托盘；3张力仪主机；4样品台升降构件； 5水平调节脚；6液晶显示屏（显示测得的 数值部分）；7按键“开/关、去皮、校准、 模式”； 8测力值传感器； 9水平泡图1 全自动表面张力仪示意图
液/液界面电化学及其最新进展 邵元华 (中科院长春应用化学研究所电分析化学开放研究实验室 国家电化学和光谱研究分析中心长春130022) 摘要本文对液/液界面电化学的发展做了简介。对目前的研究热点，特别是最近几年离子和电子转移反应的发展，各种新技术在研究电荷在液/液界面转移过程进行了评述。并对此领域今后的发展进行了展望。 关键词液/液界面电化学电荷转移动力学 Electrochemistry of Charge Transfer across Liquid/Liquid Interfaces and Its Recent Advances ShaoYuanhua (Laboratory of Electroanalytical Chemistry, National Analysis and Research Center of Electrochemistry and Spectroscopy, Changchun Institute of Applied Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130022) Abstract This paper gives a brief introduction of the electrochemistry of charge transfer across liquid/liquid interfaces. The recent advances of ion, facilitated ion and electron transfer processes are reviewed. The application of various novel techniques in the study of charge transfer across liquid/liquid interfaces is summarized and the prospectus is also given. Key words Electrochemistry at liquid/liquid interfaces, charge transfer, kinetics 电荷(电子和离子)在液/液界面(Liquid/Liquid interface, L/L interface)或称之为油/水界面(Oil/Water interface, O/W interface)，或两互不相溶溶液界面(the interface between two immiscible electrolyte solutions, ITIES)上的转移反应过程是最基本的物理化学过程之一。它不仅与许多重要的生物﹑化学体系，如化学传感器，药理学中的药物释放, 相转移催化有关，也与模拟生物膜的研究密切相关。它是介于经典的电化学与化学传感器之间的一种新的电化学及电分析化学分支[1-5]。 第一个有关液/液界面的实验可以追溯到本世纪初Nernst 等的研究水/苯酚界面上电流流动。1906年Cremer指出水/油/水浓度池与生物膜的类似性以及Ostwald对这方面的研究，使液/液界面作为一个研究生物电势和电流的模型在生理学中得到普及。1939年Verwey和Niessen发表了第一篇描述液/液界面双电层和电势分布的文章。5、60年代，Guastalla和Blank 等对通电时水/硝基苯界面上电吸附现象进行了研究。从本世纪初到60年代末，液/液界面电化学的发展很缓慢，这主要是因为人们缺乏对液/液界面的结构及电势分布的了解和认识，以及由于所用有机相的高的阻抗所引起iR降带来的获得可靠数据方面的困难[3,5]。60年代末，法国的Gavach等发现在一定的实验条件下，液/液界面类似于金属电极/电解质溶液界面可被极化，并用现代电化学技术，例如，计时电势法对离子在液/液界面上的转移过程进行了研究，采用修饰的Verwey-Niessen (MVN)模型对实验结果进行了分析。随后捷克的Koryta等和Samec等发展了液/液界面的相应的理论基础，开创了加速离子在液/液界面上的转移过程的研
大学物理创新性设计型实验 食品质量与安全1班 1138113 沈梦佳 氯化钠溶液液体表面张力系数与浓度的关系 小组成员：张理、沈梦佳、谢雨岑、陈其才 摘要：钢针、硬币等物能飘在洁净的水表面，清晨小草叶上的露水通常收缩成小球形状。这些现象表明，液体表面好比一层紧绷的薄膜，有自然收缩趋势，从而导致表面张力现象。表面张力描述了液体表层附近分子力的宏观作用，液体的许多现象与表面张力有关。因此，研究液体表面张力系数与浓度的关系可为各行业有关液体分子的分布和表面的结构提供有用的线索。 引言：当液体和固体接触时，若固体和液体分子间的吸引力大于液体分子间的吸引力，液体就会沿固体表面扩展，形成薄膜附着在固体上，这种现象叫做浸润。若固体分子和液体分子间的吸引力小于液体分子间的吸引力，液体就不会在固体表面扩展，不附着在固体表面，这种现象称为不浸润。浸润与不浸润取决于液体、固体的性质。浸润性质与液体中杂质的含量、温度以及固体表面清洁程度密切相关。表面张力是描述物体浸润性质的重要物理量。 表面张力是指作用于液体表面上任意直线的两侧、垂直于该直线且平行于液面、并使液体具有收缩倾向的一种力。从微观上看，表面张力是由于液体表面层内分子作用的结果。可以用液体表面张力系数来定量的描述液体表面张力的大小。设想在液面上作长为L的线段，在L的两侧，表面张力以拉力的形式相互作用着，拉力的方向垂直于该线段，拉力的大小正比于L，即f=αL，式中α表示作用于线段单位长度上的表面张力，称为表面张力系数，其单位为N/m. 液体表面张力的大小与液体成分有关。温度对液体表面张力影响极大，表面张力随温度升高而减小，两者通常相当准确地成直线关系。所以在研究液体表面张力系数与浓度的关系时，必须要控制环境温度不变。 将表面洁净的铝合金吊环挂在测力计上并垂直浸入液体中，使液面下降，当吊环底面与液面平行或略高时，由于液体表面张力的作用，吊环的内、外壁会带起液膜。 在吊环临界脱离液体时，吊环重力mg、向上拉力F与液体表面张力f（忽略带起的液膜的重量）满足 f=F-mg 而对于金属吊环，考虑一级近似，可认为表面张力系数乘上脱离表面的周长，即
混合流体汽液及液液界面张力分子模型 ! 李志宝胡永琪李以圭" 陆九芳 （清华大学化工系，北京!"""#$ ）应用定标粒子理论表面张力方程以及%&’(!型混合规则，计算了混合流体的表面张力，对)$个二元体系，*个三元体系的表面张力计算平均相对偏差为"+#",和-+$.,；应用/01&2(345和67890054提出的 部分互溶体系的界面张力模型，给出了硬球直径的确定方法，对.*个部分互溶二元含水体系的界面张力进行了计算，绝对平均偏差为!+:;<／;，相对平均偏差为#+=,，计算精度满意。 关键词：表面张力界面张力定标粒子理论 多组分混合流体汽液界面张力（即表面张力）和部分互溶体系的液液界面张力是重要的化工基础物性，对许多化工过程的开发、设计以及数模放大都是十分重要的。混合流体的表面张力有一些成功的计算方法，但大都是经验和半经验的，采用统计力学方法由于物理意义明确，外推能力强，已越来越受到人们 的重视［!］。与表面张力的计算相比，部分互溶体系 的液液界面张力，由于问题的复杂性，成功的计算方 法并不多见。傅举孚和李步强的界面张力模型［-］，可以计算二元体系的界面张力［.，$］，关联或推算三元体系的界面张力［:］。/7>?@9［)］在A 7 G @& H 75 I 4>G @I 2@0( 5J ）［=，!!］ 将流体分子考虑为有吸引力的硬球，位能硬的部分决定了液体的结构，而软的部分决定了液体的 体积。F @499引入流体与空腔间的表面张力概念，当温度较低时，汽相的密度较小，可以认为它就是液体与饱和气体间的表面张力，得到流体表面张力的表达式为： !!"#$#"-!-$!%$ &!#$!%（）$［ ］ -%’"-（!）式中"是/0G I K ;788常数，"为分子硬球直径，’和 #分别是体系的压力和温度， $!#)# ". （- ）#为液体的分子数密度。一般条件下式（! ）右边第二项可以忽略。为了将F @499纯流体表面张力方程推广到混合流体表面张力的计算，本文将混合流体视为虚拟的纯流体。为此，对混合流体的虚拟直径引入合适的混合规则，在本文中作者采用两种计算方法。（!）混合规则（!）。单流体%78&@5’77G 9混合规则（%&’(!）。由于其简单和精确而被广泛应用，且证明是最好的混合规则之一，如下式： ".6!!( !) *(*)". () （. ）"6为虚拟混合直径，交叉直径则用下列结合规则："()!!-（"( (&"))）（!&"() ）（$）"()是可调参数且"()L ") (。（-）混合规则（-）。6@J @5［!-］ 基于%&’(!理论，导出一个混合规则，它具有严格的理论基础，且保持了经典混合规则的简单性，形式为： ? *:?李志宝等混合流体汽液及液液界面张力分子模型 ! " 通讯联系人。 国家自然科学基金资助项目-=)*)"-"。万方数据
中国科学B辑:化学 2007年第37卷第1期: 18~24 https://www.doczj.com/doc/ff3059699.html, 收稿日期: 2006-03-13; 接受日期: 2006-08-17 国家重点基础研究发展计划资助项目(批准号: 2002CB211804) *联系人, E-mail: sgsun@https://www.doczj.com/doc/ff3059699.html, 《中国科学》杂志社 SCIENCE IN CHINA PRESS LiCoO2电极/电解液界面特性的电化学阻抗谱研究庄全超①③许金梅①樊小勇①魏国祯①董全峰①②姜艳霞① 黄令①孙世刚①* (①固体表面物理化学国家重点实验室, 厦门大学化学化工学院化学系, 厦门 361005; ②厦门大学宝龙电池研究所, 厦门 361005; ③西北核技术研究所, 西安 710024) 摘要运用电化学阻抗谱研究了LiCoO2电极在电解液中的贮存和首次脱锂过程. 发现LiCoO2电极在电解液中, 随浸泡时间延长其表面SEI膜不断增厚, 归结为LiCoO2电极与电解液之间的自发反应导致生成一些高介电常数的有机碳酸锂化合物. 研究结果指出LiCoO2电极首次脱锂过程中, SEI膜在3.8 ~ 3.95 V电位区间发生可逆坍塌, 对应其可逆溶解; 由于过充反应, 当电位大于 4.2 V SEI膜迅速增厚. 研究结果同时表明, Li/LiCoO2电池体系的感抗来源于充放电过程中 LiCoO2电极中存在LiCoO2/Li1?x CoO2局域浓差电池. 发现锂离子在LiCoO2电极中的嵌脱过程可较好地用Langmuir嵌入等温式和Frumkin嵌入等温式描述, 测得LiCoO2电极中锂离子嵌脱过程中电荷传递反应的对称因子α = 0.5. 关键词锂离子电池LiCoO2电化学阻抗谱SEI膜感抗 关于锂电池中锂电极/电解液界面存在化学反应导致电解液组分发生分解的认识始于20世纪60年代, 随后人们进一步提出这些还原反应的产物在锂电极和阴极极化的石墨电极表面形成一层表面膜, 通常称为“钝化膜”或“SEI膜”(solid electrolyte interphase, 固体电解质相界面膜)[1~3]. SEI膜对锂电池充放电循环中发生的电化学过程有着重要的影响, 引起了广泛的兴趣和研究[4~7]. SEI膜通常被认为只发生在锂电池的负极, 如锂电极或石墨电极, 对正极的界面反应研究较少. 最近几年越来越多的研究工作指出[8,9], 在正极表面同样会形成SEI膜, 而且正极表面形成的SEI膜同样影响电池的充放电性能, 虽然它可阻止电解液组分在正极表面进一步发生分解, 但也增加了正极/电解液界面的阻抗. Aurbach等人[10]认为, LiCoO2电极在长期充放电循环中, 虽然活性材料的失活(degradation)会逐渐导致电池容量的衰减, 但并不是锂离子电池容量衰减的主要原因, 限制锂离子电池循环寿命的最重要因素是电极界面阻抗的增加. Liu等人[11]最近报道, 运用XRD对包覆Al2O3前后LiCoO2电极性能进行研究的结果表明, Al2O3包覆的LiCoO2电极与裸LiCoO2电极在充放电过程中几乎都经历了同样的相变过程, 但Al2O3包覆的LiCoO2电极即使充电至4.7 V仍能保持较好的结构可逆性. 因此锂离子电池的正极材料如LiCoO2, LiNiO2和LiMn2O4等的电化学性质在一定程度上与碳负极相似, 强烈地依赖于它们的表面化学特性. 与锂离子电池碳负极表面SEI膜不同的是, 正极材料表面往往存在初始的SEI膜, 在正极与电解液接触过程中(无外加电压), 初始SEI膜以及正极活性材料本身均会自发与电解液发生反应, 导致SEI膜的组成和厚度发生改变. 而且在随后的充放电循环过程