物理化学实验-表面张力
物理化学中的表面张力和界面现象的研究
物理化学中的表面张力和界面现象的研究物理化学作为一门交叉性很强的学科，涉及到了很多不同领域的知识。
表面张力和界面现象是物理化学中的一个重要研究领域，它们与分子结构、能量变化以及物质传输等方面有着密切的联系，掌握了它们的规律，可以更好地理解物质的性质和行为。
本篇文章将从介绍表面张力和界面现象的现象和定义开始，然后阐述影响其变化的因素以及研究方法，最后讨论其在生产和应用中的价值。
一、表面张力和界面现象的现象和定义表面张力是液体在固体表面或另一液体表面上自发形成的、压力减小的趋势，并且他与平衡面的垂直切线所张成的角度被称为表面张力角。
表面张力能够使液体形成固定的表面形态，例如水珠或液滴等。
表面张力也是液体共存状态下差异的能量，可以用物理量表征，通常以液体表面的面积来表示。
界面现象则是指两种介质之间的界面区域，这两种介质可以是两种不同的液体、一种气体与一种液体，或者一种固体和一种液体。
在这些界面区域中，分子间的相互作用力会发生变化，从而导致了不同的物理和化学现象，例如吸附、扩散、反应和珠子等。
界面现象的研究需要考虑其各种各样的因素，如外界温度、压力、物质间的相互作用力、分子结构等。
二、影响表面张力和界面现象的因素表面张力的大小受到很多因素的影响。
第一，表面张力与分子间力量的大小有关。
分子之间的吸引力使得他们倾向于在液体表面紧密排列，这就形成了表面张力。
分子间的吸引力与几何构型也有关，线状分子之间的相互作用力会使表面张力增加。
第二，表面张力还与温度有关。
高温下，分子的速度增加将使它们不容易在液体表面上紧密排列，并且会减小表面张力。
第三，表面张力还受到其他物理和化学过程的影响，如分子溶解，表面能的改变，纳米颗粒分散等。
与表面张力一样，界面现象的性质也取决于多个因素。
不同物质之间的相互作用力不同，因此会导致不同的反应。
当两种物质之间的相互作用力相等时，称之为协同作用力，此时形成的界面稳定度高，反应速度变慢。
另外，界面现象也取决于温度和压力等因素，这些因素往往会改变分子间相互作用力的性质，因此可以影响分子的行为和化学反应的速度。
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。
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。
物理化学中的表面张力现象研究
物理化学中的表面张力现象研究表面张力是物理化学中一个重要的研究领域，它涉及到液体表面的力学性质，是许多重要现象的基础。
本文将介绍表面张力的基本概念、表征方法、影响因素以及其在实际应用中的应用。
一、表面张力的基本概念表面张力是指液体表面对内部分子的吸引力形成的张力，是液体表面物理上的一种特殊现象。
例如，水在平静的平面上形成的球形，其中就包含了水分子表面张力的影响。
表面张力的单位是能量/长度（J/m），它与液体分子间作用力有关。
表面张力可以分成两种，一个是液体与空气之间的表面张力，另一个是液体与固体之间的表面张力。
液体与空气之间的表面张力是表面自由能的一部分，而液体与固体之间的表面张力决定了液体在固体表面上的浸润性。
表面张力可以通过不同的表征方法来测量。
二、表面张力的表征方法测量表面张力有各种各样的方法，其中一些比较简单易行。
例如，测量液滴或气泡的大小并计算表面张力。
还有许多更精密的技术，如拉曼光谱、核磁共振等。
这些方法中，最常用的是静态测量和动态测量。
静态测量是指采用单个液滴或气泡的大小来测量表面张力。
这可以通过测量液滴或气泡的直径来完成。
例如，如果我们有一个水珠，我们可以使用一个显微镜来测量它的直径。
通过对一系列不同大小的水珠进行测量，我们可以计算出水的表面张力。
动态测量是指通过在表面进行一些动态实验来测量液面的表面张力。
其中的一个例子是二元液体的振荡方法。
这种方法需要用到一个空气静电电机来使液面振动，并通过测量液滴的振幅和频率来计算表面张力。
三、影响表面张力的因素表面张力受到很多因素的影响，其中包括表面温度、表面活性剂的存在、液体的物理化学性质等。
表面温度会影响表面张力，以及液体表面的几何形状。
通常情况下，液体温度越高，表面张力就越低。
这是由于温度对表面张力的分子吸引力有直接的影响。
表面活性剂的存在也会对表面张力产生显著的影响。
这些化学物质会在液面上聚集，改变液面自由能并降低表面张力。
液体的物理化学性质也会影响表面张力。
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-溶液表面张力的测定及等温吸附(2)
p最大 = p大气 − p系统 = ∆p
毛细管内气体压力必须高于大试管内液面上压力的附加压力以克服气泡的表面张力，此附加压力∆p与 表面张力γ成正比，与气泡的曲率半径R成反比，其关系式为：
2γ ∆p = R
如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。随着气泡的形成曲率半径逐渐变小，直到形成
装
半球形。这时曲率半径R与毛细管内半径r相等，曲率半径达到最小值。
数字式微压差测量仪当表面张力仪的活塞使水缓慢下滴而减小系统压力这样毛细管内液面上受到一个比试管中液面上大的压力当此压力差在毛细管尖端产生的作用力稍大于毛细管管口液体的表面张力时气泡就从毛细管口逸出这一最大压力差可由数字式微压差测量仪测出
1.精密恒温水槽；2.带有毛细管的表面张力仪； 3.滴液漏斗；4.数字式微压差测量仪
答：实验中，气泡的速度对实验数据有很大的影响。速度过快，会使数据变大。因此，保持相同的气泡速
度对于实验的成败有很大的关系。而实验装置中，随着滴液漏斗中水的不断流出，滴液的速度会减慢，装
置的此处有待改进。另外，毛细管的竖直以及毛细管进入液面的深度，对于测定结果都有一定的影响，实
装
验中应该注意。实验的数据处理也是很关键的一步，对测量结果有较大影响。
=
71.97 280.7
=
0.2564
mN
∙
m−1
∙
Pa−1
2. 求出各浓度正丁醇溶液的表面张力。
γ溶液 = K∆p溶液
表 1 正丁醇溶液表面张力的测定数据记录表
c mol ∙ L−1
0
0.02 0.04 0.06 0.09 0.12 0.16 0.2 0.24
∆pm1 Pa ∆pm2 Pa ∆pm3 Pa ∆pm Pa γ mN ∙ m−1
物理化学实验报告-溶液中的吸附作用和表面张力的测定实验报告
实验十二溶液中的吸附作用和表面张力的测定摘要：本实验采用最大气泡压力法测定了液体表面张力，通过对不同浓度下正丙醇溶液的表面张力研究其和浓度之间的关系。
初步探讨了表面张力的性质、表面能的意义以及表面张力和吸附作用的关系。
关键词：吸附作用、表面张力、最大气泡法The measurement of the adsorption effect andsurface tensionAbstract：In this experiment, according to Gibbs formula and Langmuir equal-temperature equation, we apply the biggest bladder pressure method to research the relationship between the amount of absorption and the consistency of a substance in the solution besides the surface tension. The phenomenon show that the consistency of a substance in the surface of the solution is different from that inside is called absorption.Keyword：Surface tension, The biggest bubble pressure method, Absorption effect1. 序言物体表面的分子和内部的分子所处的境况不同，因此能量也不同，表面张力就是内部分子对表面分子的作用力，它是液体的重要属性之一，与所处的温度、压力、液体的组成共存的另一面的组成等因素都有关。
对于溶液，由于溶质会影响表面张力，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。
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二、实验原理
液体表面层分子和内部（本体）分子受力情况 不同。内部分子受到周围液体分子的作用力相互 抵消，合力为零。而表面层分子受到液体和气相 分子的引力，合力指向液体内部，要使液体内部 分子移到表面层（使液体的表面积增大），就必 须克服此吸引力作工。
二、实验原理
本实验利用最大气泡法测定液体的表面张力。 将毛细管端面与液面相切，液面即沿毛细管上升， 打开抽气瓶活塞让水缓慢流下，使毛细管内溶液 受到的压力比样品管中液面的稍大，气泡就从毛 细管口逸出。这一压差可由的测定
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。
四、数据记录与处理
（1）按下表将所得数据记入下表:
浓度（mol/L） P最大（Pa）
（2）利用公式计算毛细管常数 （3）由正丁醇溶液的实验数据计算各溶液的表面张力， 并作σ—C曲线。 （4）由σ—C曲线分别求出各浓度的值。
（5）利用Gibbs吸附等温式计算出各浓度下的Γ， 将Γ及由3、4式算出的各项结果列表：
三、实验步骤
1、分别配制浓度为0.01、0.02、0.05、0.10、0.15、 0.20、0.25、0.30、0.35mol/L的正丁醇溶液100mL。 2、将仪器仔细洗涤干净，调节恒温槽温度为25℃。 3、样品管中装入蒸馏水，使液面与毛细管端面向切， 注意保持毛细管与液面垂直。 4、打开抽气瓶活塞，让水缓慢流下，使毛细管中气泡 逸出速度为5—10秒/个。 5、纪录压力计最大值，重复二次，求出P最大1平均值。 6、同法测定各浓度下正丁醇水溶液的P最大2值。
浓度 （mol/L） P最大（Pa） σ（N/m） d σ/dc Γ(mol/m) C/Γ
dσ dσ dC
（6）作C/Γ~C图，应得一直线，由直线斜率求 出Γ∞； （7）计算正丁醇分子的横截面积S0。（文献值 19.5A2）
五、思考题
1、表面张力仪的清洁与否对所测数据有何影响？ 2、测定不同浓度溶液的表面张力时应注意什么？ 3、安装仪器时为什么要使毛细管与液面垂直，且管 口端面刚好与液面向切？ 4、实验时，为什么溶液浓度以由稀至浓测定为宜？ 5、测定中能否应用加压的方法来鼓泡？