表面張力的測定課件

表面張力的測定大慶石油學院化學化工學院化學實驗中心

2007年3月表面張力的測定大慶石油學院實驗目的1.測定正丁醇水溶液的表面張力，并根據Gibbs吸附等溫式計算表面吸附量。2.了解表面張力的性質，表面自由能的意義以及表面張力和吸附的關系。3.掌握用最大氣泡法測定表面張力的原理和技術。實驗目的1.測定正丁醇水溶液的表面張力，并根據Gibbs吸附實驗原理純物質表面層的組成與內部相同，因此在定溫定壓下純液體的表面張力是定值。當向其中加入溶質時，根據能量最低原則，溶質能降低溶劑表面張力時，表面層溶質的濃度比溶液內部大；反之，溶質使溶劑表面張力升高時，表面層溶質的濃度比溶液內部低。

這種表面濃度與溶液內部濃度不同的現象叫做溶液的表面吸附。實驗原理純物質表面層的組成與內部相同，因此在定溫定壓下純液體實驗原理式中：Γ：表面吸附量（單位：mol·m-2）；T：熱力學溫度（單位：K）；c：稀溶液濃度（單位：mol·m-2）；R：氣體摩爾常數，8.314N·m·mol-1·K-1。

(1)在指定溫度和壓力下，溶質的吸附量與溶液的表面張力及溶液的濃度有關，其關系可用Gibbs等溫吸附方程表示：

實驗原理式中：Γ：表面吸附量（單位：mol·m-2）；(1)實驗原理Γ＞0，正吸附；

Γ＜0，正吸附；本實驗研究正吸附情況。為了求得表面吸附量，需先作出σ＝f(c)的等溫曲線。取曲線上不同的點，就可得出不同值，從而可作出吸附等溫線。

實驗原理Γ＞0，正吸附；Γ＜0，正吸附；本實驗研究正吸附情實驗原理

本實驗用鼓泡法測定溶液的表面張力，其原理如下：從浸入液面下的毛細管端鼓出空氣泡時，需要高于外部大氣壓的附加壓力以克服氣泡的表面張力，此附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑成反比，其關系為：

（2）為附加壓力；為表面張力；為氣泡的曲率半徑；實驗原理本實驗用鼓泡法測定溶液的表面張力，實驗原理

如果毛細管半徑很小，則形成的氣泡基本是球形的。當氣泡開始形成時，表面幾乎是平的，這時曲率半徑最大；隨著氣泡的形成，曲率半徑逐漸變小，直到形成半球形，這時曲率半徑R與毛細管半徑相等，曲率半徑達到最小值，根據（2）式這時的附加壓力達到最大值。氣泡進一步長大，R變大，附加壓力則變小，直到氣泡逸出。按照（2）式，R＝r時的最大附加壓力為：

或（3）實驗原理如果毛細管半徑很小，則形成的氣泡基本是球形的實驗原理實際測量時，使毛細管端剛剛與液面相接觸，則可忽略鼓泡所需克服的靜壓力，這樣就可直接用（3）式進行計算。

當用密度為

的液體作壓力計介質時，測得與

最大壓差為相應的則將合并成一個常數，則上式變?yōu)椋?）（4）式中的儀器常數K可用已知表面張力的標準物質測得。實驗原理實際測量時，使毛細管端剛剛與液面相接觸，則可忽略鼓泡儀器試劑儀器試劑實驗步驟實驗前將毛細管和容量瓶用鉻酸洗液洗凈。然后用水作標準物質，測定儀器常數K值。為此在小燒杯中裝入蒸餾水，使毛細管端剛剛與液面相接觸，按圖接好全部儀器，并將小燒杯放入恒溫水浴中，達到指定溫度后，緩慢打開放水旋塞，使氣泡從毛細管端盡可能緩慢地鼓出，同時注意讀取壓力計的最大壓差值。讀取數次，取平均值。1.儀器常數的測定實驗步驟實驗前將毛細管和容量瓶用鉻酸洗液洗凈。然后用水作實驗步驟配制0.50mol·L-1的正丁醇溶液50mL。為此先按正丁醇的摩爾質量和室溫下的密度計算需用正丁醇的體積。在250ml容量瓶中裝入三分之二的蒸餾水，然后用10ml移液管或2ml刻度移液管吸取所需正丁醇體積放入容量瓶中，加水至刻度并混合均勻。裝入50ml堿式滴定管，再用這一濃溶液配制下列濃度的稀溶液各50mL：0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.16、0.2、0.24mol·L-1。

2.溶液的配制實驗步驟配制0.50mol·L-1的正丁醇溶液50mL。為此實驗步驟3.測定溶液的表面張力將已配好的正丁醇溶液，從稀到濃依次測定其表面張力。每次更換溶液時不必烘干試管及毛細管，只需用少量待測溶液淌洗三次即可。實驗完成后用蒸餾水洗凈儀器，小燒杯中裝入蒸餾水，并將毛細管浸入水中保存。實驗步驟3.測定溶液的表面張力將已配好的正丁醇溶液，從實驗步驟4.試驗數據記錄表濃度(mol·L-1)0.000.020.040.060.08高度差(mm)濃度(mol·L-1)0.100.120.160.20.24高度差(mm)實驗步驟4.試驗數據記錄表濃度(mol·L-1)0.00實驗演示實驗演示數據處理1.以純水測量結果按式（4）計算K值。純水的表面張力見附錄。2.計算各溶液的表面張力值。3.作表面張力－濃度圖，曲線要求光滑。用鏡象法在曲線的整個范圍內取10個點左右作切線，示得相應的Z值。4.計算出值后，作出吸附等溫線，即Γ-c圖。數據處理1.以純水測量結果按式（4）計算K值。純水的表面張思考題1.在測量過程中，如果抽氣速度過快，對測量結果有何影響？2.如果毛細管的末端插入到溶液內部進行測量行嗎？為什么？3.本實驗中為什么要讀取最大壓力差？4.表面張力儀的清潔與否和溫度的不恒定對測量數據在何影響？思考題1.在測量過程中，如果抽氣速度過快，對測量結果有何影表面張力的測定大慶石油學院化學化工學院化學實驗中心

2007年3月表面張力的測定大慶石油學院實驗目的1.測定正丁醇水溶液的表面張力，并根據Gibbs吸附等溫式計算表面吸附量。2.了解表面張力的性質，表面自由能的意義以及表面張力和吸附的關系。3.掌握用最大氣泡法測定表面張力的原理和技術。實驗目的1.測定正丁醇水溶液的表面張力，并根據Gibbs吸附實驗原理純物質表面層的組成與內部相同，因此在定溫定壓下純液體的表面張力是定值。當向其中加入溶質時，根據能量最低原則，溶質能降低溶劑表面張力時，表面層溶質的濃度比溶液內部大；反之，溶質使溶劑表面張力升高時，表面層溶質的濃度比溶液內部低。

這種表面濃度與溶液內部濃度不同的現象叫做溶液的表面吸附。實驗原理純物質表面層的組成與內部相同，因此在定溫定壓下純液體實驗原理式中：Γ：表面吸附量（單位：mol·m-2）；T：熱力學溫度（單位：K）；c：稀溶液濃度（單位：mol·m-2）；R：氣體摩爾常數，8.314N·m·mol-1·K-1。

(1)在指定溫度和壓力下，溶質的吸附量與溶液的表面張力及溶液的濃度有關，其關系可用Gibbs等溫吸附方程表示：

實驗原理式中：Γ：表面吸附量（單位：mol·m-2）；(1)實驗原理Γ＞0，正吸附；

Γ＜0，正吸附；本實驗研究正吸附情況。為了求得表面吸附量，需先作出σ＝f(c)的等溫曲線。取曲線上不同的點，就可得出不同值，從而可作出吸附等溫線。

實驗原理Γ＞0，正吸附；Γ＜0，正吸附；本實驗研究正吸附情實驗原理

本實驗用鼓泡法測定溶液的表面張力，其原理如下：從浸入液面下的毛細管端鼓出空氣泡時，需要高于外部大氣壓的附加壓力以克服氣泡的表面張力，此附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑成反比，其關系為：

（2）為附加壓力；為表面張力；為氣泡的曲率半徑；實驗原理本實驗用鼓泡法測定溶液的表面張力，實驗原理

如果毛細管半徑很小，則形成的氣泡基本是球形的。當氣泡開始形成時，表面幾乎是平的，這時曲率半徑最大；隨著氣泡的形成，曲率半徑逐漸變小，直到形成半球形，這時曲率半徑R與毛細管半徑相等，曲率半徑達到最小值，根據（2）式這時的附加壓力達到最大值。氣泡進一步長大，R變大，附加壓力則變小，直到氣泡逸出。按照（2）式，R＝r時的最大附加壓力為：

或（3）實驗原理如果毛細管半徑很小，則形成的氣泡基本是球形的實驗原理實際測量時，使毛細管端剛剛與液面相接觸，則可忽略鼓泡所需克服的靜壓力，這樣就可直接用（3）式進行計算。

當用密度為

的液體作壓力計介質時，測得與

最大壓差為相應的則將合并成一個常數，則上式變?yōu)椋?）（4）式中的儀器常數K可用已知表面張力的標準物質測得。實驗原理實際測量時，使毛細管端剛剛與液面相接觸，則可忽略鼓泡儀器試劑儀器試劑實驗步驟實驗前將毛細管和容量瓶用鉻酸洗液洗凈。然后用水作標準物質，測定儀器常數K值。為此在小燒杯中裝入蒸餾水，使毛細管端剛剛與液面相接觸，按圖接好全部儀器，并將小燒杯放入恒溫水浴中，達到指定溫度后，緩慢打開放水旋塞，使氣泡從毛細管端盡可能緩慢地鼓出，同時注意讀取壓力計的最大壓差值。讀取數次，取平均值。1.儀器常數的測定實驗步驟實驗前將毛細管和容量瓶用鉻酸洗液洗凈。然后用水作實驗步驟配制0.50mol·L-1的正丁醇溶液50mL。為此先按正丁醇的摩爾質量和室溫下的密度計算需用正丁醇的體積。在250ml容量瓶中裝入三分之二的蒸餾水，然后用10ml移液管或2ml刻度移液管吸取所需正丁醇體積放入容量瓶中，加水至刻度并混合均勻。裝入50ml堿式滴定管，再用這一濃溶液配制下列濃度的稀溶液各50mL：0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.12、0.16、0.2、0.24mol·L-1。

2.溶液的配制實驗步驟配制0.50mol·L-1的正丁醇溶液50mL。為此實驗步驟3.測定溶液的表面張力將已配好的正丁醇溶液，從稀到濃依次測定其表面張力。每次更換溶液時不必烘干試管及毛細管，只需用少量待測溶液淌洗三次即可。實驗完成后用蒸餾水洗凈儀器，小燒杯中裝入蒸餾水，并將毛細管浸入水中保存。實驗步驟3.測定溶液的表面張力將已配好的正丁醇溶液，從實驗步驟4.試驗數據記錄表濃度(mol·L-1)0.000.020.040.060.08高度差(mm)濃度(mol·L-1)0.100.120.160.20.24高度差(mm)實驗步驟4.試驗數據記錄表濃度(mol·L-1)0.00實驗演示實驗演示數據處理1.以純水測量結果按式（4）計算K值。純水的表面張力見附錄。2.計算各溶液的表面張力值。3.作表面張力－濃度