物理化学实验——表面张力
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。
物理化学-表面张力及表面吸附量的测定-175
1.实验数据记录与处理表：2.质量分数与浓度转换：3.实验曲线：实验温度 T=28℃ 水的表面张力 σ0=0.07150N ▪m -1序号 ω乙醇 最大压差Δp/Pa仪器常数K/mσ/ N ▪m -1 Z/ N ▪m -1 Γmol ▪m -2 1 2 3 平均 1 0%（水） 541 541 542 541 1.339×10-40.07244 //2 5% 414 415 415 415 0.05557 0.01112 4.441×10-63 10% 372 372 373 372 0.04981 0.01414 5.648×10-6 4 15% 304 302 302 303 0.040570.01433 5.723×10-6 5 20% 272 272 271 272 0.03642 0.014745.887×10-66 25% 264 265 263 264 0.03535 0.01398 5.584×10-67 30% 239 239 239 239 0.03200 0.01368 5.464×10-6 8 40% 218 218 217 218 0.02919 0.01101 4.397×10-6 90%（水）5345355335340.07150/ /计算公式：最大p K ∆=σ最大p K ∆•=σZ= σ0i -σiRTZ=Γ ω乙醇 密度ρ/kg ▪m -3浓度c/mol ▪L -10%（水） 998.20 05% 989.34 1.0737 10% 981.89 2.1313 15% 975.17 3.1751 20% 968.54 4.2046 25% 961.58 5.2180 30% 953.72 6.2105 40%935.138.1192计算公式：Mc ρω=实验曲线分析：①“表面张力σ-浓度c 图”：当乙醇浓度不断增大，表面张力随之减小，二者成反比关系。
流体的表面张力和毛细现象
流体的表面张力和毛细现象流体的表面张力和毛细现象是液体力学中重要的概念，它们对于理解和解释许多自然现象和工程应用具有重要意义。
本文将围绕流体的表面张力和毛细现象展开讨论，并探索其背后的物理原理和实际应用。
一、表面张力的概念及原理表面张力是指液体表面处分子间存在的相互作用力所表现出来的力。
液体分子之间存在吸引力，使得液体表面处的分子相对于内部的分子所受到一个净向内的作用力，导致液体表面呈现出类似于弹性膜的性质，这就是表面张力。
表面张力的强度决定了液体表面的特性，对于液体的凝聚性、润湿性以及与固体的相互作用有重要影响。
表面张力可通过实验测量得到，常用的实验方法包括测量液体在浮体上的起伏高度、测量液体的静水压强以及测量液滴的形态等。
表面张力的数值通常用单位长度的力来表示，国际单位制中以N/m表示。
二、毛细现象的定义及原理毛细现象是指液体在细小的毛细管内上升或下降的现象。
当液体与毛细管接触时，由于液体与固体间的相互作用力，液体在毛细管中会产生一定的上升或下降效应，这就是毛细现象。
毛细现象广泛存在于自然界和工业应用中，如植物的输水现象、药丸溶解以及吸管吸水等。
毛细现象的产生与表面张力密切相关。
当液体进入细小的毛细管内时，其表面张力会对液体产生一个向内的作用力，导致液面在毛细管内呈现弯曲或上升的形态，直至与液体内部的重力产生平衡。
毛细现象符合普通的液体静力学原理，可以通过毛细管的直径、液体的性质以及环境条件等因素来调控。
三、流体表面张力和毛细现象的应用流体的表面张力和毛细现象在许多实际应用中有着重要的作用。
下面将介绍一些相关的应用。
1. 毛细管现象在植物中的输水过程中起着重要作用。
植物通过根部吸水，利用毛细管现象将水分输送到树叶，并通过蒸腾作用将水分蒸发到空气中。
2. 在医药领域，毛细现象被用来研究药物的溶解速率和释放速度，通过控制毛细管的直径和液体的性质，可以调控药物的释放速度，从而实现针对性的治疗效果。
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。
物理化学实验报告：最大泡压法测定溶液的表面张力
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·ΔA
（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 J·m-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
至于恒温水浴内恒温 10min。毛细管需垂直并注意液面位置，然后按图接好测量系统。慢慢
打开抽气瓶活塞，注意气泡形成的速率应保持稳定，通常控制在每分钟 8-12 个气泡为宜，
即数字微压微压差测量仪的读数（瞬间最大压差）约在 700-800pa 之间。读数 3 次，取平均
值。
4、测量乙醇溶液的表面张力
按实验步骤三分别测量不同浓度的乙醇溶液。从稀到浓依次进行。每次测量前必须用少量
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：
1.3435
25%乙醇
-0.478
1.3465
30%乙醇
-0.452
1.3491
35%乙醇
-0.450
1.3516
40%乙醇
-0.422
1.3539
2.数据处理：
（1）以纯水的测量结果按方程计算 K′值。
解得 K′=σ1∕△p1=71.97*10-3N*m-1/(-0.765kpa)=0.094 （2）根据所测折光率，由实验提供的浓度-折光率工作曲线查出各溶液的浓度。
液体表面张力系数的测定实验报告
液体表面张力系数的测定实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过测定液体表面张力系数的实验，掌握液体表面张力系数的测定方法，加深对表面张力的理解，提高实验操作能力。
二、实验原理。
液体表面张力系数是表征液体分子间相互作用力的物理量，通常用$\gamma$表示。
液体表面张力系数的测定方法有很多种，常用的有悬铁环法、悬滴法、悬水滴法等。
本实验采用悬水滴法测定液体表面张力系数。
三、实验仪器和试剂。
1. 一台天平。
2. 一根细丝。
3. 一根细管。
4. 一根毛细管。
5. 一根水平的细管。
6. 一些水。
四、实验步骤。
1. 将一根细丝固定在天平上，使其水平。
2. 用细管将水滴在细丝上，形成一个悬水滴。
3. 用毛细管在悬水滴下方加入一些水，使悬水滴增大，直到悬水滴脱落。
4. 测量水滴的质量$m$，并记录下悬水滴的直径$d$。
五、实验数据处理。
根据实验数据，可以计算出液体表面张力系数$\gamma$的值。
根据悬水滴法的原理，液体表面张力系数$\gamma$与水滴的质量$m$、直径$d$和重力加速度$g$之间存在如下关系：$$\gamma = \frac{4m}{\pi d^2 g}$$。
六、实验结果与分析。
根据实验数据和计算公式，可以得到液体表面张力系数$\gamma$的数值。
通过对实验数据的分析，可以发现液体表面张力系数与水滴质量和直径呈反比关系，与重力加速度呈正比关系。
这与表面张力的性质相符合。
七、实验结论。
通过本实验的实验操作和数据处理，成功测定了液体表面张力系数$\gamma$的数值。
实验结果与理论预期相符，验证了悬水滴法测定液体表面张力系数的可行性。
八、实验中的注意事项。
1. 实验操作要细致，保证悬水滴的稳定性。
2. 测量数据要准确，避免误差的产生。
3. 实验结束后要及时清理实验仪器和试剂。
九、参考文献。
1. 《物理化学实验》。
2. 《实验化学》。
十、致谢。
感谢实验指导老师的悉心指导和同学们的配合，使本次实验取得了圆满成功。
物理化学中的表面张力研究
物理化学中的表面张力研究表面张力是物理化学领域的一个重要概念，它是一个液体分子团在气液或液液界面上所表现的一种自发性的性质，可以用来描述液体表面分子间的相互作用力。
表面张力的研究对于许多实际应用具有重要意义，如液滴形态稳定性、液滴合并和分裂、泡沫的稳定性、液体扩展和吸附的特性等等。
表面张力是很多物理和化学现象的基础。
它是由于液体表面上的分子间相互作用力的不平衡所产生的。
表面张力是液体表面分子的内聚力和对外作用力之间的平衡状态。
在纯水表面，由于水分子间的氢键作用力，表面上的水分子会紧密地排列在一起形成一层水膜。
这层水膜对周围环境有一定的张力，使水膜尽量缩小表面面积。
在液体表面任何液体分子，都会被表面上的液体分子吸引，从而形成一层分子膜，这个膜就是所说的表面张力，它的大小决定了液体表面的稳定性。
表面张力可以通过各种方法测量，其中最常用的方法是用自由垂直管法。
自由垂直管法是通过铂铱制成的一根带有三段毛细管的管子，在管子一端开口的位置带有底部宽口和内胆，内部充满液体。
在测量前，将整个测量系统洗净并填充液体，并且使管子与水平面垂直，底部宽口的液面要比管子的液面高约10毫米。
这样，水的表面张力和毛细管相互平衡，从而可以得到水的表面张力值。
表面张力在科学研究和工业生产中都具有重要的应用。
在科学研究方面，比如微流控液滴的生成和控制及液滴的稳定性研究中，表面张力是非常重要的因素。
在工业生产中，液体表面张力也发挥着巨大的作用。
一些化学工程和物理学工程中液体界面的应用都离不开对表面张力的研究，如喷雾器、泡沫剂、泡沫塑料等。
总之，表面张力是物理化学领域中一个非常重要的概念，不仅在学术和工业研究中起着重要的作用，也有着广泛的实际应用。
它的研究不仅有助于深入理解物理化学领域的一些基本现象，同时也为新产品开发和技术改良提供了重要的基础理论。
第一章表面张力
（不互溶）、液-固、固-气、固-固。
• 若其中一相为气相：固-气、液-气，通常把这种界面 称为表面。
• 凡在相界面上发生的一切物理化学现象称为界面现象 或表面现象。
液体内部的分子或原子处 于力的平衡状态，而表面 层上的分子或原子受力不 均匀，结果产生指向液体 内部的合力，这就是表面 张力产生的根源。
可见，表面张力是质点（分子，原子 等）间作用力不平衡引起的。
日常生活中，我们常常观察到一个固体表面的液滴 因固体材料种类的不同，呈现多种多样的形态，概 括来说，有四种：
影响表面张力的因素
• 熔点 • 温度 • 溶质元素
表面活性元素
能够显著降低溶剂表面张力的物质 可起润湿,渗透,净洗,分散,乳化, 等作用
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2. 蒸馏水附加压力的测定
将测定管洗干净，加入蒸馏水，测其附加压 力。
五、数据记录与处理 1. 填表
编号
ΔP 折光 率
C
γ
2. 绘制标准曲线，根据标准曲线求出样品的浓度
W乙醇 8.1% 16.5% 25.3% 44.1% 75.9% %
折光率 1.339 1.345 1.349 1.361 1.369
将被测液体装于毛细管中，使毛细管下端 与液面相切，液面沿着毛细管上升。打开 分液漏斗，慢慢放水，测定管中压力逐渐 减小，毛细管中的液面逐渐下降至管口， 并形成气泡，其曲率半径由大变小，最小 的半径为毛细管的半径，此时附加压力最 大。
pp0p2r
测标准物质的 p s ，则有：
表面张力的测定(设计）
一、实验目的 1.了解表面张力的意义和性质； 2.了解表面吸附的性质及与表面张力的关系； 3.掌握最大气泡法测定液体表面张力的原理
和技术。
二、实验原理
（一）表面张力 液体表面缩小时一个自发的过程，如果使液
体产生新的表面，必需对其做功，。
（γ:表面张力）
（二）最大气泡压力法测表面张力
压力显示为： pp0p
三、仪器与试剂
1. 测定管 2. 分液漏斗 3. 精密数字压力计 4. 阿贝折光仪 5. 待测液6个
四、实验步骤
1. 样品附加压力的测定
打开压力计开关预热，将一个样品倒入测定 管中，使液面与毛细管口相接触，打开抽 气瓶的活塞，采零，盖上活塞，慢慢放水 形成气泡，要求每分钟形成8至10个气泡， 读取压力计的最大读数，读三次，取平均 值。用滴管从样品管中取少量样品，测折 光率。测定完毕，将样品倒回原瓶。用同 样方法测其他样品的附加压力（注意不用 洗测定管）。
3.绘制 γ-C曲线