溶液表面张力的测定
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。
预习资料-溶液表面张力的测定
溶液表面张力的测定-最大气泡压力法涉及的实验技术：恒温槽恒温槽的原理和使用注意事项，以及溶液配置技术。
●实验仪器以及用品SHJ-1 型温度测量控制仪、85-2 型磁力搅拌器、微压计（清华大学化学实验中心）洗耳球、移液管（10,25, 50 mL），容量瓶7个（100 mL），1000 mL、500 mL 烧杯各1个，0.4000 和0.5000 mol/L的正丁醇水溶液。
●实验步骤一、溶液配制：由0.4000和0.5000mol/L的正丁醇水溶液，使用10，25或50ml移液管，配置7个浓度从0-0.4 mol/L的溶液，每次实验四个组的同学建议用同样方法稀释，以利于相互讨论。
建议浓度但并不限定于：0.3000、0.2500、0.200、0.1500、0.100、0.0500及0.0250 mol/L。
二、开启仪器1. 恒温槽。
接电源，先开搅拌，再连接温控仪与加热器，开始温度控制。
2. 压差测量。
首先打开测压仪，然后打开电脑。
打开“数据采集”软件，在“参数设置”中设定采样频率为10次/秒如果测量曲线为直线，则需要重新启动电脑。
测量前，应首先走15~20 s基线。
测量过程中不要切换测压器单位。
三、压差的测定1. 标定仪器。
充分洗净大试管及毛细管，在大试管中注入适量的去离子水（即参比样品），使毛细口端口刚好和液面相切。
注意：毛细管与液面垂直，深入液面不宜过深或过浅，2 mm左右可以接受，并在整个实验过程中尽量保持一致。
将大试管安装在水浴中，给抽气瓶注满水，检查活塞，打开三通管与大气相连。
打开抽气瓶旋塞，使瓶内的水缓慢滴出，单击软件窗口的“开始”，稳定10~20 秒后，关闭与大气相连的三通管，观察微压压差计的读数和计算机数据采集界面采集数据的变化。
随着试管压力逐步下降，逐渐伴随气泡的产生与破灭，出现压力的振荡。
建议但并不限定：8~10 s产生一个气泡，记录一定数量的稳定振荡后，停止记录。
（请思考：要测的压差是什么？如何确定一定数量？）2.测量正丁醇溶液。
最大泡压法测定溶液的表面张力（泡压法、滴重法、毛细管升高法）
最⼤泡压法测定溶液的表⾯张⼒（泡压法、滴重法、⽑细管升⾼法）表⾯张⼒的测定——最⼤⽓泡压⼒法、滴重法、⽑细管升⾼法⼀、实验原理：1.最⼤⽓泡压⼒法测定表⾯张⼒（装置如下图所⽰）：其中，B是管端为⽑细管的玻璃管，与液⾯相切。
⽑细管中⼤⽓压为P0。
试管A中⽓压为P，当打开活塞E时，C中的⽔流出，体系压⼒P逐渐减⼩，逐渐把⽑细管液⾯压⾄管⼝，形成⽓泡。
当⽓泡在⽑细管⼝逐渐长⼤时，其曲率半径逐渐变⼩，⽓泡达最⼤时便会破裂。
此时⽓泡的曲率半径最⼩，即等于⽑细管半径r，⽓泡承受的压⼒差也最⼤△P=P0-P=2γ/r 此压⼒差可由压⼒计D读出，故γ=r△P/2若⽤同⼀⽀⽑细管测两种不同液体，其表⾯张⼒分别为γ1、γ2，压⼒计测得压⼒差分别为△P1、△P2则：γ1/γ2=△P1/△P2若其中⼀种液体的γ已知，例如⽔，则另⼀种液体的表⾯张⼒可由上式求得。
2．⽑细管⾝升⾼法（装置如下图所⽰）：⽑细管法测定表⾯张⼒仪器⽑细管表⾯张⼒⽰意图当⼀根洁净的，⽆油脂的⽑细管浸进液体，液体在⽑细管内升⾼到h⾼度。
在平衡时，⽑细管中液柱重量与表⾯张⼒关系为：2πσrcosθ=πr2gdhσ=gdhr/2cosθ（1）如果液体对玻璃润湿，θ=0，cosθ=1（对于很多液体是这样情况），则：σ=gdhr/2 （2）式中σ为表⾯张⼒；g为重⼒加速度；d为液体密度；r为⽑细管半径。
上式忽略了液体弯⽉⾯。
如果弯⽉⾯很⼩，可以考虑为半球形，则体积应为：πr3 -2/3πr3 =1/3πr3从（2）可得：σ=gdr/2（h+1/3r）（3）更精确些，可假定弯⽉⾯为⼀椭圆球。
（3）式应变为：σ=gdhr/2（1+1/3（r/h）-0.1288（r/h）2+0.1312（r/h）3）（4）3. 滴重法（装置如右图所⽰）：从图中可看出，当达到平衡时，从外半径为r的⽑细管滴下的液体重量应等于⽑细管周边乘以表⾯张⼒，即：mg=2πσr （5）式中m为液滴质量；r为⽑细管外半径；σ为表⾯张⼒；g为重⼒加速度。
溶液表面张力的测定——最大气泡压力法
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 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 1c α∞∞=+ΓΓΓ C/Γc-C 直线斜率tg β求出饱和吸附量 , 进而得出乙醇分子横切面积S 和分子长度 , 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；NA 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。
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。
1. 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 为σ-c 曲线在指定浓度的斜率。
<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 , 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。
,2. 若将兰格缪尔等温吸附式中的吸附量赋予吉布斯吸附量的特定意义, 则可从其变形式求出 设分子吸附层厚δ, δ即两亲分子长。
溶液表面张力的测定实验报告
溶液表面张力的测定实验报告一、实验目的1、掌握最大气泡压力法测定溶液表面张力的原理和方法。
2、测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和表面活性剂分子的横截面积。
3、了解表面张力与溶液浓度之间的关系，加深对表面化学基本概念的理解。
二、实验原理1、表面张力在液体内部，每个分子都受到周围分子的吸引力，合力为零。
但在液体表面，分子受到指向液体内部的合力，使得液体表面有自动收缩的趋势。
要增大液体的表面积，就需要克服这种内聚力而做功。
在温度、压力和组成恒定时，增加单位表面积所做的功即为表面张力，用γ表示，单位为 N·m⁻¹或 mN·m⁻¹。
2、最大气泡压力法将毛细管插入待测液体中，缓慢打开滴液漏斗的活塞，让体系缓慢减压。
当压力差在毛细管端产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就会从毛细管口逸出。
此时，气泡内外的压力差最大，这个最大压力差可以通过 U 型压力计测量得到。
根据拉普拉斯方程：＼（＼Delta p ＝＼frac{2\gamma}｛r}＼）其中，＼（＼Delta p\）为最大压力差，＼（r\）为毛细管半径，＼（＼gamma\）为液体的表面张力。
对于同一根毛细管，＼（r\）是定值。
只要测出\（＼Delta p\），就可以算出液体的表面张力\（＼gamma\）。
3、表面吸附与吉布斯吸附等温式在一定温度下，溶液的表面张力随溶液浓度的变化而变化。
当溶质能降低溶剂的表面张力时，溶质在表面层中的浓度比溶液内部大，称为正吸附；反之，当溶质能升高溶剂的表面张力时，溶质在表面层中的浓度比溶液内部小，称为负吸附。
吉布斯吸附等温式为：＼（＼Gamma ＝＼frac{1}｛RT}＼frac{d\gamma}｛dC}＼）其中，＼（＼Gamma\）为表面吸附量（单位：mol·m⁻²），＼（R\）为气体常数（＼（8314 J·mol⁻¹·K⁻¹\）），＼（T\）为绝对温度，＼（C\）为溶液浓度，＼（＼frac{d\gamma}｛dC}＼）为表面张力随浓度的变化率。
(整理)溶液表面张力的测定(拉环法)
溶液表面张力的测定（拉环法）一实验目的（1）了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系。
（2）通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇分子的横截面积，掌握拉环法测定表面张力的原理和技术。
二实验原理（1）表面张力在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的吉布斯自由能的增值称为表面吉布斯自由能（J·m-2），用γ表示。
也可以看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（N·m-1）。
位表面层上分子比同数量内层分子引起体系自由能的增加量称为比表面自由能。
比表面和表面张力在数值和量纲上一致，故常用表面张力度量比表面自由能。
（2）影响表面张力的因素液体的表面张力与温度有关，温度越高，表面张力越小。
液体的表面张力与液体的浓度有关，在溶剂中加入溶质，表面张力就会发生变化。
（3）表面张力与吸附量的关系表面张力的产生是由于表面分子受力不均衡引起的，当加入一种物质后，对某些溶液（包括内部和表面）及固体的表面结构会带来强烈的影响，则必然引起表面张力的改变。
如果溶质加入能降低表面吉布斯自由能时，边面层溶质浓度比内部大；反之增加表面吉布斯自由能时，则溶液在表面的浓度比内部小。
由此可见，在指定温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力有关，即吉布斯等温吸附方程：Γ= -（dγ/dc）T（c/RT）其中Γ为溶质的表面超额，c 为溶质的浓度，γ为溶液的表面张力a若dγ/dc＜0，Γ＞0，为正吸附，表面层溶质浓度大于本体溶液，溶质是表面活性剂。
b若dγ/dc＞0，Γ＜0，为负吸附，表面层溶质浓度小于本体溶液，溶质是非表面活性剂。
溶液的饱和吸附量：c/Γ= c/Γ∞＋1/KΓ∞分子的截面积：S B = 1/（Γ∞L） L=6.02×1034（4）吊环法测表面张力的原理测表面张力的方法很多，有毛细管上升法，滴重法，最大气泡压力法，吊环法等。
吊环法是将吊环浸入溶液中，然后缓缓将吊环拉出溶液，在快要离开溶液表面时，溶液在吊环的金属环上形成一层薄膜，随着吊环被拉出液面，溶液的表面张力将阻止吊环被拉出，当液膜破裂时，吊环的拉力将达到最大值。
溶液表面张力的测定
溶液表面张力的测定溶液表面张力的测定在物质的世界中，溶液是一种常见的存在形式。
无论是在日常生活中还是科学研究中，我们都离不开溶液的概念和应用。
而作为溶液中一项重要的性质，表面张力一直以来都备受关注。
表面张力，顾名思义，是指液体表面上的张力，也就是液体分子在表面处受到的内聚力，使得表面呈现出一种紧绷的状态。
这种状态使得液体表面上的分子比液体内部的分子更紧密地结合在一起，形成一个紧密的网络。
这种现象是由于表面上的分子只能与周围其他分子相互作用，而无法形成完整的相互作用力。
那么，如何测定溶液的表面张力呢？目前，人们常用的方法有很多种，下面我将就其中一些方法进行介绍。
1. 附加负荷法：附加负荷法是一种通过在液体表面添加附加负荷来测量表面张力的方法。
这种方法主要依靠重力作用和附加负荷之间的平衡关系来测定表面张力的大小。
具体操作时，将一个附加负荷缓慢放置在液体表面上，直到液体表面开始变形。
通过测量负荷的大小和对应的表面变形，可以计算出溶液的表面张力。
2. 比重差法：比重差法是一种利用液体表面张力与液滴形状的关系来测定溶液表面张力的方法。
在实验中，液体滴下至一定高度时会形成一个液滴，液滴的形状与液体表面张力相关。
通过测量液滴的直径和高度，以及液体的密度，可以计算出溶液的表面张力。
除了以上两种常用的测定方法外，还有许多其他的方法，如旋转圆盘法、自制法、毛细管法等。
这些方法个别在实验操作上有所不同，但本质上都是通过测量液体表面的变形来确定表面张力的大小。
通过测定溶液的表面张力，可以获得关于溶液性质的重要信息。
表面张力的大小与液体的粘度、温度、溶剂性质等密切相关。
了解溶液的表面张力，有助于我们理解液体在各种应用中的行为，例如在液体传感器、涂料、胶水等领域中的应用。
对于生物体系中的液体，如细胞内液体、血液等，研究其表面张力也有着重要的意义。
总结起来，溶液表面张力的测定是一项重要且具有挑战性的实验工作。
有效的测定方法能够帮助我们更好地理解溶液的特性和应用。
溶液表面张力的测定
溶液表面张力测定一 实验目的1. 掌握气泡的最大压力法测定溶液表面张力原理和技术。
2. 测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量。
3. 了解超级恒温槽的构造及使用方法。
二 实验原理处于液体表面的分子由于受到液体内部分子与表面层外介质分子的不平衡力作用，具有表面张力。
定义单位长度上沿着表面的切线方向垂直作用于表面的收缩力为表面张力σ，单位。
1m −⋅N p ∆气泡的最大压力法(或最大泡压法)是测定液体表面张力的方法之一。
它的基本原理如下：当玻璃毛细管一端与液体接触，并往毛细管内加压时，可以在液面的毛细管口处形成气泡。
设气泡在形成过程中始终保持球形，则气泡内外的压力差(即施加于气泡的附加压力)与气泡的半径r 、液体表面张力σ之间的关系可由拉普拉斯(Laplace)公式表示，即p =∆ (2-70) rσ2 图2-42 气泡形成过程中其半径的变化情况示意 显然，在气泡形成过程中，气泡半径由大变小，再由小变大(如图2-42中(a)、(b)、(c)所示)，而压力差∆p 则由小变大，然后再由大变小。
当气泡半径r 等于毛细管半径R 时，压力差达到最大值∆p max 。
因此 Rp max =∆ (2-71) σ2由此可见，通过测定R 和，即可求得液体的表面张力。
max p ∆由于毛细管的半径较小，直接测量R 误差较大。
通常用一已知表面张力为的液体(如水、甘油等)作为参考液体，在相同的实验条件下，测得相应最大压力差为，则毛细管半径0σmax ,0p ∆max,002p ∆=R σ。
代入上式，求得被测液体的表面张力0,0max max σσp p ∆∆=（2-72） 本实验中用数字式微压差测量计测量压力差∆p 。
在同一温度下，若测定不同浓度c 的溶液表面张力，按吉布斯(Gibbs)吸附等温式可计算溶质在单位界面过剩量，即吸附量：(1)2Γ cRT c d d (1)2σΓ−= (2-73) 式中R 为气体摩尔常数。
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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：
浓度 （mol/L） P最大（Pa） σ（N/m）
dσ dC
Γ(mol/m)
C/Γ
（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？
溶液表面张力的测定
湘南学院化学与生丁醇（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。
三．仪器和试剂
表面张力测定装置（包括恒温槽）1套； 容量瓶100ml1个，50ml5个；1ml刻度移液 管1支；吸耳球1个；正丁醇（二级）；去 离子水。
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。
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
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：
pmax = p大气 p系统 = hρg
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2πrγ，气泡刚脱离管口时， 上述二力相等：
πrr pmax = πr hρg = 2πr
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。
2 2
πr pmax = πr hρg = 2πrγ r γ = hρg 2
2 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：
γ γ
即
1 2
=
h h
1 2
γ1 =
γ2
h2
= Kh1
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。 本实验用纯水作为基准物质，20.0℃ 时纯水的表面张力为7.275×10－ 2N/m(或J/m2)。