实验二十 溶液表面张力的测定

实验二十 最大泡压法测定溶液的表面张力一、实验目的1. 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；2. 掌握用最大泡压法测定表面张力的原理和技术；3. 测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力，计算溶液的表面吸附量和正丁醇分子的横截面积。

二、基本原理（一）表面自由能溶液表面分子在外侧方向没有其它分子的作用，因而溶液表面分子比内部分子具有更高的平均位能，故液体有尽量缩小表面积的倾向。

从热力学观点看，液体表面缩小是一个自发过程，将使体系总自由能减小。

欲使液体增大单位面积时，要由外界对液体作功，其所需要的能量称为液体的表面自由能或表面能。

液体表面积的缩小将使其达到尽可能低的位能状态，所以自由小液滴常呈球形。

A ΔS Δ成正比：假设液体产生新的表面，则需对其作功的大小应与W S σ−=⋅Δ （） II-20-1A ΔW σ−=式中S 为表面积，σ即为表面张力。

如果为1 m 2是在恒温恒压下生成1 m 2，则新表面所需的可逆功，所以σ称为比表面吉布斯自由能或表面能，其单位为J·m -2，即恒温恒压下体系增加一单位表面积时所需的能量。

因为J·m -2 = N·m·m -2 = N·m -1σ，所以也可将看作是表面层的分子垂直作用在界面每单位长度边缘上且与表面平行或相切的收缩力，称为比表面张力，简称表面张力，其单位是N·m -1。

它与表面自由能的概念不同，但量纲一致。

σ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、溶液的浓度、温度及表面气氛等因素有关。

（二）溶液的表面吸附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。

溶液表面张力与其组成的关系大致有以下三种情况：（1）随溶质浓度增加表面张力略有升高；（2）随溶质浓度增加表面张力降低，并在开始时降得快些；（3）溶质浓度降低时表面张力急剧下降，于某一浓度后表面张力几乎不再改变。

学号：************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：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=∆=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：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。

溶液表面张力的测定实验报告一、实验目的1、掌握最大气泡压力法测定溶液表面张力的原理和方法。

2、测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和表面活性剂分子的横截面积。

3、了解表面张力与溶液浓度之间的关系，加深对表面化学基本概念的理解。

二、实验原理1、表面张力在液体内部，每个分子都受到周围分子的吸引力，合力为零。

但在液体表面，分子受到指向液体内部的合力，使得液体表面有自动收缩的趋势。

要增大液体的表面积，就需要克服这种内聚力而做功。

在温度、压力和组成恒定时，增加单位表面积所做的功即为表面张力，用γ表示，单位为 N·m⁻¹或 mN·m⁻¹。

2、最大气泡压力法将毛细管插入待测液体中，缓慢打开滴液漏斗的活塞，让体系缓慢减压。

当压力差在毛细管端产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就会从毛细管口逸出。

此时，气泡内外的压力差最大，这个最大压力差可以通过 U 型压力计测量得到。

根据拉普拉斯方程：＼（＼Delta p ＝＼frac{2\gamma}｛r}＼）其中，＼（＼Delta p\）为最大压力差，＼（r\）为毛细管半径，＼（＼gamma\）为液体的表面张力。

对于同一根毛细管，＼（r\）是定值。

只要测出\（＼Delta p\），就可以算出液体的表面张力\（＼gamma\）。

3、表面吸附与吉布斯吸附等温式在一定温度下，溶液的表面张力随溶液浓度的变化而变化。

当溶质能降低溶剂的表面张力时，溶质在表面层中的浓度比溶液内部大，称为正吸附；反之，当溶质能升高溶剂的表面张力时，溶质在表面层中的浓度比溶液内部小，称为负吸附。

吉布斯吸附等温式为：＼（＼Gamma ＝＼frac{1}｛RT}＼frac{d\gamma}｛dC}＼）其中，＼（＼Gamma\）为表面吸附量（单位：mol·m⁻²），＼（R\）为气体常数（＼（8314 J·mol⁻¹·K⁻¹\）），＼（T\）为绝对温度，＼（C\）为溶液浓度，＼（＼frac{d\gamma}｛dC}＼）为表面张力随浓度的变化率。

溶液表面张力测定实验报告溶液表面张力测定实验报告引言：表面张力是液体分子间相互作用力在液体表面上所产生的一种现象，它使得液体表面呈现出收缩的趋势。

溶液表面张力的测定对于理解液体的性质以及液体与其他物质的相互作用具有重要意义。

本实验旨在通过测定溶液的表面张力，探究溶液的特性及其与其他物质的相互作用。

实验目的：1. 了解溶液表面张力的概念和测定方法。

2. 探究不同浓度的溶液对表面张力的影响。

3. 研究溶液与其他物质（如表面活性剂）的相互作用。

实验原理：表面张力可以通过测量液滴的形状来间接测定。

当液滴悬挂在毛细管或玻璃管的末端时，液滴的形状受到两种力的影响：表面张力和重力。

根据Young-Laplace方程，可以得到表面张力与液滴半径和液滴悬挂高度之间的关系。

通过测量液滴的半径和悬挂高度，可以计算出溶液的表面张力。

实验步骤：1. 准备一根干净的玻璃管，并在一端封闭。

2. 将待测溶液注入玻璃管中，并将另一端浸入溶液中，使液滴悬挂在玻璃管末端。

3. 使用显微镜观察液滴的形状，并测量液滴的半径和悬挂高度。

4. 重复以上步骤，测量不同浓度的溶液的表面张力。

实验结果与分析：根据实验测量数据，我们可以计算出不同浓度溶液的表面张力。

通过对比不同溶液的表面张力值，我们可以发现溶液浓度对表面张力的影响。

一般来说，随着溶液浓度的增加，表面张力会减小。

这是因为溶质的存在会降低溶剂分子之间的相互作用力，从而降低表面张力。

此外，我们还可以研究溶液与其他物质的相互作用。

例如，可以将表面活性剂加入溶液中，观察其对表面张力的影响。

表面活性剂能够在液体表面形成一层分子膜，降低液体表面的张力。

因此，加入表面活性剂后，溶液的表面张力会显著降低。

实验结论：通过本实验，我们了解了溶液表面张力的概念和测定方法。

我们发现溶液浓度对表面张力有一定的影响，浓度越高，表面张力越小。

此外，我们还研究了溶液与表面活性剂的相互作用，发现表面活性剂能够显著降低溶液的表面张力。