物理化学_溶液表面张力的测定_实验报告
溶液表面张力的测定——
实验七 溶液表面张力的测定——最大气泡压力法一． 实验目的1. 用最大气泡法测定不同浓度乙醇溶液的表面张力。
2. 了解表面张力的性质，表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系。
3. 学会镜面法作切线的方法。
二． 实验原理1. 用本法测定[乙醇，水]溶液的数据对[σ，c]，作图将c-σ曲线在不同浓度的斜率c σ∂⎛⎫⎪∂⎝⎭T 代入吉布斯等温吸附式：Γ=﹣c RT c σ∂⎛⎫⎪∂⎝⎭T 求出相应的吉布斯吸附量Γ；按朗格茂尔等温吸附变形公式：c 1cα∞∞=+ΓΓΓ C/Γc-C 直线斜率tg β求出饱和吸附量∞Γ，进而得出乙醇分子横切面积S 和分子长度δ，结合直线截距得出吸附系数α：∞Γ=（tg β）-1以上个式中，c 为浓度；T 为绝对温度（K ）；σ为表面张力；Γ为吉布斯吸附量；M 为溶质摩尔质量；ρ为溶质密度；S 为分子截面积；δ为分子长；α为吸附系数；N A 为阿伏伽德罗数（6.02×1023/mol ）；R 为气体常数。
为了求以上参数，关键是测σ。
2. 表面张力及界面张力 ，矢量。
源于凝聚相界面分子受力不平衡，意为表面的单位长度收缩力。
σ也是在个条件下凝聚系表面相得热力学强度性质，如果恒温 、恒压下扩大单位表面积所需的可逆功，故亦称为表面自由焓。
σ与凝聚相和表面共存接触相种类有关，还与T,P 有关，与凝聚相纯度和杂志种类有关。
浓度升高，溶液的σ有增有减，随溶质、溶剂而异，表面活性剂是两亲分子，他们的水溶液σ随浓度升高先剧降，后微升，在渐趋稳定。
σ随c 而变化的本质是溶液表面浓度对体相浓度的偏离，此现象称为表面吸附。
表面吸附量Γ与浓度有关，用吉布斯等温方程求出c ∂⎛⎫ ⎪∂⎝⎭σ为σ-c 曲线在指定浓度的斜率。
c ∂⎛⎫⎪∂⎝⎭σ<0, Γ>0为正吸附，表面浓度较体浓度高，达饱和吸附时，Γ趋于饱和吸附量∞Γ，此时两亲分子在溶液表面处于高度有序的竖立密集，形成单分子膜。
物理化学实验报告：最大泡压法测定溶液表面张力
物理化学实验报告：最大泡压法测定溶液表面张力最大泡压法测定溶液的表面张力I、目的要求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、掌握用最大气泡压法测定表面张力的原理和技术。
3、测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和乙醇分子的横截面积U、实验原理1、表面自由能从热力学观点来看，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? A(1)它表示液体表面自动缩小趋势的大小，σ称为比表面自由能，其量纲为Jm-2。
因其量纲又可以写成N?m—1 ,所以σ还可称为表面张力。
其量值与溶液的成分、溶质的浓度、温度及表面气氛等因素有关。
2、溶液的表面吸附根据能量最低原理，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：C d ▽RT ( dc式中：Γ为溶质在气一液界面上的吸附量(2)(单位为mol m-2);RT ( dc式中：Γ为溶质在气一液界面上的吸附量(2)(单位为mol m-2); T为热力学温度(K)；C(―)T > 0时，Γ V C称为负吸附。
dc当(d(―)T > 0时，Γ V C称为负吸附。
dcdc前者表明加入溶质使液体表面张力下降，此类物质叫表面活性物质；后者表明加入溶质使液体表面张力升高，此类物质叫非表面活性物质。
本实验测定正吸附情况。
3、饱和吸附量和溶质分子的横截面积在一定的温度下，吸附量Γ与浓度在一定的温度下，吸附量Γ与浓度C之间的关系，可用Langmuir吸附等温式表示(3)(3)4、表面张力的测定方法——最大泡压法 1GB=当毛细管下端端面与被测液体液面相切时，液体沿毛细管上升。
物理化学-实验三十二：最大泡压法测定溶液的表面张力
实验三十二 液体表面张力的测定一、实验目的1. 测定不同浓度的乙醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和乙醇分子的横载面积。
2. 了解表面张力的性质及表面张力和表面吸附量的关系3. 掌握最大泡压法测定溶液表面张力和表面吸附量的原理和技术。
二、原理液相与气相之间的界面层可看作是介乎液体与气体性质的第三相。
界面层分子受液体内部分子的吸引力远大于外部蒸气分子对它的吸引力，致使表面层分子受到向内的拉力使表面积趋于最小（球形），以达到受力平衡。
揭示表面层这一特征的方法很多, 最常用的为表面张力（surface tension, 用γ表示），或可定义为单位表面吉布斯自由能(surface Gibbs free energy ，用G ∆表示)。
液体的表面张力与温度、纯度等因素有关。
温度愈高，表面张力愈小；纯度发生变化时，表面张力也相应发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。
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(Gibbs)公式表示：P T CRT C ,)(∂∂-=Γγ 式中，Γ为表面吸附量(mol ⋅m -2)；γ为表面张力（J ⋅m -2）；T 为绝对温度（Ｋ）；C 为溶液浓度（mol ⋅L -1）；P T C ,)(∂∂γ 表示在一定温度下表面张力随浓度的变化率。
P T C,)(∂∂γ<0，Γ>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。
P T C,)(∂∂γ>0，Γ<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。
吸附量与浓度之间的关系可以用Langmuir 等温吸附方程式表示：KCKC+Γ=Γ∞1式中，Γ表示吸附量，通常指单位质量吸附剂上吸附溶质的摩尔数；∞Γ表示饱和吸附量；C 表示吸附平衡时溶液的浓度；K 为常数。
华师物化报告 最大泡压法测定溶液的表面张力
华 南 师 范 大 学 实 验 报 告学生姓名 学 号 专 业 化学（师范） 年级、班级 课程名称 物理化学实验 实验项目 最大泡压法测定溶液的表面张力实验类型 □验证 □设计 ■综合 实验时间 2014 年月 日实验指导老师 实验评分【实验目的】1、掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。
2、了解弯曲液面下产生附加压力的本质，熟悉拉普拉斯方程，吉布斯吸附等温式，了解兰格缪尔单分子层吸附公式的应用。
3、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算饱和吸附量, 由表面张力的实验数据求正丁醇分子的截面积及吸附层的厚度。
【实验原理】1、表面张力的产生在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。
但在液体表面层的分子却不相同。
如图所示：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（如图所示）。
这种吸引力有使表面积最小的趋势，要使液体表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功以增加分子位能。
所以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。
图1. 液体内部和表面层分子受力情况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增大以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。
在任何两相界面处都存在表面张力。
表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向使表面积缩小的一侧。
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。
由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。
2、弯曲液面下的附加压力由于表面张力的作用，弯曲表面下的液体或气体与在平面下情况不同，前者受到附加的压力。
最大泡压法测定溶液的表面张力
南昌大学物理化学实验报告学号：5802216018 实验日期：2018-3-27实验二最大泡压法测定溶液的表面张力一、实验目的1、 掌握最大泡压法测定表面张力的原理及操作；2、 了解表面张力、表面功、表面吉布斯函数、表面吸附的概念及相互关系3、 测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力。
二、实验原理液体表面层中的分子与体相中的分子所处的力场不同，内部分子所受合力为 零，而表面层中的分子，所受到的作用力指向液体内部，这种作用力使表面层中的 分子有离开液面进入内部的趋势，即液体表面有自动缩小的倾向。
这种使液面收 缩的单位长度上的力即为 表面张力（Y ,单位N-m -1） 0液体的表面张力是液体的 重要性质之一，与液体的温度、压力和组成均有关系。
从热力学角度看，液体表面 层中的分子比内部分子具有更高的平均位能，即表面吉布斯自由能（表面吉布斯 函数）。
通常把增加单位面积表面所引起系统的吉布斯函数的改变量称为单位表 面吉布斯函数（单位为J ・m -2） °它等于恒温恒压下增加单位面积表面，系统从外 界得到的可逆非体积功，即单位表面功（单位为J ・m -2） °表面张力与单位表面吉 布斯函数、单位表面功虽为不同的物理量，但其量值与量纲均相同：恒温恒压下，系统表面吉布斯函数减小的过程为自发过程。
与纯液体依靠缩 小表面积来低表面吉布斯函数不同，溶液除了缩小表面积，还可以通过改变表面 层中溶质的浓度来降低表面吉布斯函数。
一定温度下，将溶质加入到纯液体中，会出现溶液表面层中溶质浓度与溶液 本体浓度不同的现象，称为表面吸附。
若溶质加入后溶液表面张力下降，则溶质将 自动富集于表面层，这种情况称为正吸附；反之则为负吸附；单位面积表面层中溶 质物学生姓名：李江生 专业班级：安工161Y (dA s质的量与溶液本体中等量溶剂所含溶质物质的量的差值，称为溶质的表面过剩3（也称为表面吸附量）。
一定的温度、压力下，溶质的表面过剩与溶液表面张力、浓度之间的关系满足吉布斯吸附等温式：C B ? d YRT dc B式中,r B为溶质B的表面过剩，mol ・m2;c B为溶质B在溶液本体中的平衡浓度,mol • dm 3；丫为溶液的表面张力,N • m 1；T为热力学温度，K。
物理化学实验- 最大气泡法测定溶液的表面张力
g
表面分子:受到向内拉力，液体有自
动收缩表面而呈球形的趋势.
l
如果把一个分子由内部迁移到表面，就需要对抗拉力 而做功。在温度、压力和组成都恒定时，可逆地使表 面增加ΔS所需对体系做的功，叫表面功，可表示为：
-A=ΔG=σΔS
σ称为表面自由能，单位为J/m2。若把σ看作为作用在界 面上每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。
思考题
1.用最大气泡法测定表面张力时为什么要读最大压力差? •2.如果毛细管末端插入溶液中进行测量行吗？为什么？ •3.本实验中为什么要读取最大压力差？
3. 调节恒温为25oC。
▪ 4.仪器常数测定
先以蒸馏水作为待测液测定其仪器常数。方法是将干燥的毛 细管垂直地插到使毛细管的端点刚好与水面相切，打开滴液 漏斗，控制滴液速度，使毛细管逸出的气泡，速度约为5s～ 10s1个。从精密数字压差计读取最大读数。可读三次，取其 平均值。通过手册 查出实验温度时水的表面张力，利用公
仪器与试剂
表面张力测定仪 一套 阿贝折射仪 一台 精密数字压差计 一台 烧杯 滴管 乙醇 去离子水
毛细管 支管试管
滴液漏斗
低真空测压 仪
实验步骤
1.安装仪器：洗净仪器并按图装置。对需干燥的仪器作 干燥处理。
2.配置乙醇溶液： 分别配制0%，20%， 40%， 60%， 80%，乙醇溶液各 50mL。
式K= / p1 求出仪器常数K。
▪ 5.待测样品表面张力的测定：用待测溶液洗净试管和毛 细管，加入适量样品于试管中，按照仪器常数测定的方法，
测定不同待测样品的p计算其表面张力。
▪ 6.乙醇溶液的折光率测定：用每个样品测出p后，随即
用滴管吸取该溶液滴置于棱镜上，用阿贝折光仪测其折光 率nD查工作曲线得各样品的准确浓度。
七、最大气泡法测定溶液的表面张力
宁 波 工 程 学 院物理化学实验报告专业班级 化工114班 姓名 提子 序号 17 同组姓名 指导老师 胡爱珠 杨建平 实验日期 2013.5.21 实验名称 实验七 最大气泡压力法测定溶液的表面张力一、实验目的1、掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技术。
2、通过对不同浓度乙醇溶液表面张力的测定，加深对表面张力、表明自由能、表面张力和吸附量关系的理解。
二、实验原理1、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吸附等温式： 根据朗格缪尔公式：以c/Г对c 作图，得以直线，该直线的斜率为1/Г∞三、实验仪器、试剂1、仪器：最大泡压表面张力仪1套、洗耳球1个、移液管(50ml 和1ml)各1只、烧杯(500ml)2、试剂：正丁醇(分析纯)、蒸馏水 四、实验步骤1、仪器准备与检漏将表面张力仪容器和毛细管先用洗液洗净，再顺次用自来水和蒸馏水漂洗，烘干后按图接好。
检查是否漏气。
2、仪器常数的测定调节液面与毛细管端相切，并调节分液漏斗，使气泡由毛细管尖端成单泡逸出，且速度控制在每分钟形成气泡5-10个。
当气泡刚脱离管端的一瞬间，压力计中液位差达到最大值，此时记录下Δp 最大值；改变气泡逸出速率(控制在每分钟5-10个)，再依此记录2次，取其平均值。
再由手册中查出实验温度时水的表面张力，求得仪器常数K 。
3、表面张力随溶液浓度变化的测定在上述体系中，按浓度从低到高的顺序依次测定预先配好的正丁醇溶液的Δp 最大值，每次置换溶液前都先用新溶液润洗2次，再按2方法测定。
五、数据记录与处理1、计算仪器常数K 和溶液表面张力γ，绘制γ-c 等温线。
室温：27.9℃ 大气压力：100.21Kpa 恒温槽温度：30℃ γ水：71.18×10-3 N/m K:1.1041×10-4c d RT dcГγ=－Kc1KcГГ∞=+c 1+Kc c 1 K K ГГГГ∞∞∞==+2RP γ∆=max 2RP γ∆=maxK p γ=∆浓度c(mol/dm3) 水0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.16 0.2 0.24Δpm ax(Pa) 644.7 621.3 576.0 542.3 515.7 491.7 471.7 449.0 419.0 397.7 Δpmax1(Pa)646 622 577 542 515 493 470 451 418 398 Δpmax2(Pa)643 621 576 543 517 490 472 448 419 397 Δpmax3(Pa)645 621 575 542 515 492 473 448 420 398 γ×10-3(N/m) 71.18 68.60 63.60 59.88 56.94 54.29 52.08 49.58 46.26 43.91 由图表数据作γ-c等温线图：由图1可得Y = 0.07142-0.20629*X+0.39219*X2可以得到γ-c的关系式为Y = 0.07142-0.20629*C+0.39219*C2由此得到dγ/dc=0.78438c-0.20629将不同的c值代入上式，就可以得到在不同浓度c下的dγ/dc了。
溶液表面张力测定实验报告
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。
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液体表面张力的测定
龚聪（同组人：郭舒隽）
2012.11.8
摘要
我们采用最大气泡压力法测定了不同浓度正丁醇溶液的表面张力，发现随着溶液浓度的升高，表面张力下降，说明正丁醇是一种表面活性物质。
引言
从毛细管鼓出空气泡时，为了克服溶液因表面张力产生的附加压力，毛细管内的压力（大气压）要高于样品管中的压力。
附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比：
2p=
r
σ∆（1），其中，p ∆为附加压力；σ为表面张力；r 为气泡的曲率半径。
若毛细
管很小，则形成的气泡基本上是球形的。
当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时气泡的半径r 最大；随着气泡的形成，r 逐渐变小，直到气泡成为半球形时，r 等于毛细管的半径R ，附加压力最大，气泡进一步增大，r 变小，附加压力减小，直到气泡逸出。
最大的附加压力m ax 2=p R
σ∆（2），表面张力m ax =2
R
p σ∆（3）。
在测量过程中，我们使毛细管端面与液面相切，这样可以忽略鼓泡所需克服的静压力，表面张力可直接用式（3）计算。
对于同一支毛细管，
2
R 称为仪器常数，可用K 表示。
我们用表面张力已知的标准物质
——水来测定仪器的K 值：22=
H
O
H O
K p σ∆（4）。
式（3）可写为m ax =K p σ⨯∆（5）。
实验仪器与试剂
表面张力测定仪1套；100m L 容量瓶8个；500m L 烧杯一个；胶头滴管1个；洗瓶1个；碱式滴定管1支
-1
0.5mol L ⋅正丁醇溶液
实验装置如下图所示
方法
1. 正丁醇溶液的配制
分别向八支100m L 的容量瓶中加入4、8、12、16、20、28、36和40mL 的-10.5mol L ⋅正丁醇溶液，定容以配制0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.14、0.18和0.20-1mol L ⋅的待测溶液并编号0-8。
2. 仪器常数K 的测定 洗净样品管和毛细管；
样品管中装入适量蒸馏水，调节样品管液面高度，使水面与毛细管端面相切； 打开数字压力计电源开关，旋转滴液漏斗上的活塞，使系统与大气相通，按下数字压力计上的“采零”键。
关闭活塞，隔绝大气，打开漏斗活塞，水沿漏斗流下，系统的压力开始减小，此时有气泡从毛细管端逸出。
控制出气泡的速度，每出一个气泡，压力计读数由小变大，再由大变小，读取6~7个该过程的最大示数。
3. 测定不同浓度正丁醇水溶液的m ax p ∆
按照步骤2，从低浓度到高浓度分别测定正丁醇水溶液的m ax p ∆。
更换溶液时用待测溶液润洗样品管2~3次。
4. 关闭电源，倒掉所配溶液，用蒸馏水洗涤容量瓶和样品管。
整理仪器。
数据
表格 1
计算
在本次实验条件下，标准物质—水在16.4°C 下的表面张力为-3
-1
68.7410N m ⨯⋅。
1
由式（4）得仪器常数22-3-4
3
68.7410
=
=
=2.18100.315010
H
O
H O
K p σ⨯⨯∆⨯
1
数据来源：《大学化学实验——有机及物理化学实验分册》（天津大学出版社）附录三，附表6-13
对5号溶液，由式（5）得-4
3-3
-1
max ==2.1810
0.236510=51.5610K p N m
σ⨯∆⨯⨯⨯⨯
⋅
按照这种计算方法分别求出其它溶液的表面张力，结果在表格1中显示。
绘制-c σ图
分析讨论
根据表格1可知，随着正丁醇溶液浓度的升高，液体的表面张力下降，这与正丁醇是一
种表面活性物质符合。
在实验过程中，毛细管尖端要和待测溶液液面垂直并相切。
这是为了防止尖端没入水中，导致额外的静压力产生，压力计示数不再对应气泡产生时需要克服的表面张力。
实验结论
正丁醇是一种活性物质。
我们根据最大气泡压力法测定了不同浓度的正丁醇溶液的表面张力，发现溶液的表面张力随着溶液浓度的升高而减小。