表面张力的测定(精)

Q

A

图1 液体分子受力分析示意图 实验6 液体表面张力系数的测定

表面张力是表征液体性质的一个重要物理参数。利用表面张力可以解释许多液态物质所

特有的现象，如毛细现象、肥皂泡的形成、大头针在液面上漂浮、小昆虫在液面上自由行走

等。测量液体的表面张力系数有多种方法，分静力学法和动力学法两类。静力学法有毛细管

法、拉脱法、滴重法、最大气泡压力法等；动力学法有震荡射流法、毛细管波法等。由于动

力学法本身较复杂，测试难度大、精度不高，因此实际生产实验中多采用静力学方法。本实

验采用的就是其中的拉脱法来测量液体的表面张力系数。该方法的特点是，用秤量仪器直接

测量液体的表面张力，测量方法直观、概念清楚。为了能对液体表面张力系数有更深刻的认

识，在对水的表面张力系数进行测量以后，还可对不同浓度的酒精溶液或乙醚、丙酮溶液进

行测量，通过对比实验数据来研究表面张力系数随液体的变化情况，从而加深对液体表面张

力的理解。

实验预习思考题

1、 什么叫液体的表面张力？它的形成原因是什么？

2、 液体的表面张力系数是如何定义的？影响液体表面张力系数大小的因素有哪些？

3、 解释下什么是拉脱法？

4、 硅压阻式力敏传感器的原理是什么？

5、 为了提高实验的精度，测量时应注意哪些问题？

6、 实验中为什么要消除圆环重力的影响？如何消除？

7、 为什么升降台的操作要缓慢？怎样判断液膜即将破裂？

8、 在实验过程中，测定仪的电压输出如何变化？

实验目的

1、理解液体表面张力的基本概念；

2、掌握用拉脱法测量液体表面张力系数的原理和方法；

3、学习力敏传感器的使用和定标方法；

4、学会使用最小二乘法处理实验数据。

实验原理

凡作用于液体表面，使表面积缩小的力，称为液体表面张力。表面张力是分子力的一种

表现，它发生在液体和气体接触的边界部分，是由于表面层（跟气体接触的液体薄层）的液

体分子处于特殊状态所决定的。液体内部的分子和分子间几乎是紧挨着的，分子间保持平衡

1 大学化学实验II实验报告——物理化学实验

学院：化学与化工学院 专业： 班级：

姓名 实验日期 实验时间

学号 指导教师

实验项目名称

表面张力的测定

实验目的 1. 掌握最大泡压法测定液体表面的方法，了解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，并由表面张力的实验数据求分子的表面积。

实验原理 表面张力是液体的重要性质之一，它是因表面层分子受力不均衡所引起的。如液体与其蒸气构成的系统：液体内部的分子与周围分子间的作用力是球形对称的，可以彼此抵消，合力为零，而表面层分子处于力场不对称的环境中，液体内部分子对它的作用力远大于液面上蒸气分子对它的作用力，从而使它受到指向液体内部的拉力作用，故液体都有自动缩小表面积的趋势。从热力学观点来看，液体表面缩小是使系统总吉布斯函数减小的一个自发过程，如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：

ΔG =W′= γ ΔA （1）

比例系数γ从能量的角度被称为比表面吉布斯函数，即为恒温恒压下形成1m2新表面所需的可逆功，其单位为J•m-2。从物理学力的角度看，γ可被理解为沿着表面、和表面相切、垂直作用于单位长度相界面线段上的表面紧缩力，即表面张力，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：

测定表面张力有几种方法？

测定表面张力有以下几种方法。

（1）表面张力法表面张力测定法适合于离子表面活性剂和非离子表面活性剂临界胶束浓度的测定,无机离子的存在也不影响测定结果。在表面活性剂浓度较低时，随着浓度的加添，溶液的表面张力急剧下降，当到达临界胶束浓度时，表面张力的下降则很缓慢或停止。以表面张力对表面活性剂浓度的对数作图，曲线转变点相对应的浓度即为CMC。假如在表面活性剂中或溶液中含有少量长链醇、高级胺、脂肪酸等高表面活性的极性有机物时，溶液的表面张力—浓度对数曲线上的转变可能变得不明显,但显现一个低值（图2——15）。这也是用以辨别表面活性剂纯度的方法之一。

（2）电导法本法仅适合于表面活性较强的离子表面活性剂CMC的测定，以表面活性剂溶液电导率或摩尔电导率对浓度或浓度的平方根作图，曲线的转变点即CMC。溶液中若含有无机离子时，方法的灵敏度大大下降。

（3）光散射法光线通过表面活性剂溶液时,假如溶液中有胶束粒子存在，则一部分光线将被胶束粒子所散射,因此测定散射光强度即浊度可反映溶液中表面活性剂胶束形成。以溶液浊度对表面活性剂浓度作图，在到达CMC时，浊度将急剧上升，因此曲线转变点即为CMC。

利用光散射法还可测定胶束大小（水合直径），推想其缔合数等。但测定时应注意环境的干净，避开灰尘的污染。

（4）染料法一些有机染料在被胶团增溶时。其汲取光谱与未增溶时发生明显更改，例如频那氰醇溶液为紫红色，被表面活性剂增溶后成为蓝色。所以只要在大于CMC的表面活性剂溶液中加入少量染料，然后定量加水稀释至颜色更改即可判定CMC值。采纳滴定尽头察看法或分光光度法均可完成测定。对于阴离子表面活性剂，常用的染料有频那氰醇、碱性蕊香红 G；阳离子表面活性剂可用曙红或荧光黄；非离子表面活性剂可用频那氰醇、四碘荧光素、碘、苯并紫红4B等。采纳染料法测定CMC可因染料的加入影响测定的精准明确性,尤其对CMC较小的表面活性剂的影响更大，另外，当表面活性剂中含有无机盐及醇时，测定结果也不甚精准。

表面张力的测定方法

嘿，你知道表面张力是啥不？其实就是液体表面那层神奇的“膜”，让小虫子能在水面上溜达。那咋测表面张力呢？有个超简单的方法叫吊环法。把一个圆环吊起来，慢慢放进液体里，然后往上拉。当圆环离开液面的时候，需要的力就是表面张力在起作用啦。这过程可得小心，别手抖把圆环弄歪了，不然数据就不准喽。那安全性咋样呢？放心啦，只要你别瞎折腾，这可安全得很。稳定性嘛，只要操作规范，数据还是挺靠谱的。

这方法能在好多地方用呢！比如研究新材料的时候，看看不同材料表面的张力有啥不一样。优势可不少呢，简单易操作，成本也不高。就好比你做饭选工具，简单好用还不贵的家伙事儿谁不喜欢呢？

给你说个实际案例哈。有个科学家研究一种新型涂料，就用吊环法测了表面张力。结果发现这涂料表面张力小，涂在墙上超光滑，不容易沾灰。哇塞，这效果简直太棒了吧！

所以呢，吊环法测表面张力真的很不错哦！操作简单又安全，还能在各种领域大显身手。你还等啥，赶紧试试呗！