表面張力測(cè)定儀的使用

表面張力、吉布斯吸附方程、最大泡壓法。知識(shí)點(diǎn)：知識(shí)點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練要點(diǎn)超級(jí)恒溫槽的調(diào)節(jié)；表面張力測(cè)定儀的使用；最大泡壓法對(duì)表面張力相關(guān)性質(zhì)的測(cè)定（均為首次訓(xùn)練）實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練要點(diǎn)：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康亩?、?shí)驗(yàn)原理三、實(shí)驗(yàn)步驟

四、注意事項(xiàng)五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)六、實(shí)驗(yàn)延伸七、思考題1.了解表面張力的性質(zhì)、表面自由能的意義以及表面張力和吸附的關(guān)系；2.掌握最大泡壓法測(cè)定表面張力的原理和技術(shù)；3.測(cè)定不同濃度正丁醇水溶液的表面張力，計(jì)算溶液的表面吸附量和正丁醇分子的橫截面積。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖裁词潜砻婺埽浚ㄒ唬┍砻鎻埩捌渑c相關(guān)物理量的關(guān)系

液體表面縮小是一個(gè)自發(fā)過(guò)程，將使體系總自由能減小。欲使液體增大單位面積時(shí)，要由外界對(duì)液體作功，其所需要的能量稱為液體的表面自由能或表面能。表面層的分子垂直作用在界面每單位長(zhǎng)度邊緣上且與表面平行或相切的收縮力，稱為比表面張力，簡(jiǎn)稱表面張力，用

表示，其單位是N·m-1。什么是表面張力？二、實(shí)驗(yàn)原理

溶質(zhì)分子橫截面積S0飽和吸附量Γ∞吸附量Γ表面張力σ

溶質(zhì)密度

、摩爾質(zhì)量Ｍ已知NA為阿伏伽德羅常數(shù)

作c/Γ

–c曲線作σ-c曲線吸附層厚度(Ⅰ)(Ⅱ)(Ⅲ)(Ⅳ)（二）表面張力的測(cè)量方法最大泡壓法測(cè)表面張力（三）測(cè)量原理

調(diào)毛細(xì)管下端端面與被測(cè)液體液面相切。抽氣，測(cè)定管中壓力Pt逐漸減小，毛細(xì)管中大氣壓力P0就會(huì)將管中液面壓至管口，形成氣泡。其曲率半徑恰好等于毛細(xì)管半徑r時(shí)，此時(shí)能承受的壓力差為最大，有

隨著放水抽氣，大氣壓力將把該氣泡壓出管口。曲率半徑再次增大，此時(shí)氣泡表面膜所能承受的壓力差必然減小，而測(cè)定管中的壓力差卻在進(jìn)一步加大，故立即導(dǎo)致氣泡的破裂。

用同一根毛細(xì)管分別測(cè)定具有不同表面張力(

1和

2)的溶液時(shí)，可得到下列關(guān)系式：

式中K稱為毛細(xì)管常數(shù)，其值可由已知表面張力的物質(zhì)來(lái)確定。本實(shí)驗(yàn)中測(cè)定蒸餾水的目的即在于此。容量瓶加入正丁醇之前可先加入適量的蒸餾水（有什么作用？）1、溶液配制（1）恒溫水浴：25℃或30℃。（2）溶液的配制：配制0.02mol·L-1、0.05mol·L-1、0.10mol·L-1、0.15mol·L-1、0.20mol·L-1、0.25mol·L-1、0.30mol·L-1、0.35mol·L-1的正丁醇水溶液各100mL待用。三、實(shí)驗(yàn)步驟2、毛細(xì)管常數(shù)的測(cè)定（1）清洗毛細(xì)管和測(cè)定管（2）調(diào)節(jié)毛細(xì)管與液面相切并使溶液恒溫（3）調(diào)節(jié)氣泡速度約為5-7s一個(gè)（4）校正零點(diǎn)并讀取最大壓差三、實(shí)驗(yàn)步驟3、待測(cè)樣品表面張力的測(cè)定由稀到濃依次測(cè)定正丁醇水溶液的表面張力。每次測(cè)量前，都需用待測(cè)液充分潤(rùn)洗測(cè)定管和毛細(xì)管暢通大氣情況下采零，每個(gè)樣品測(cè)定前都必須采零。抽氣速度不宜過(guò)快，平均5s逸出一個(gè)氣泡。勿讓液體進(jìn)入膠管內(nèi)。四、注意事項(xiàng)(一)數(shù)據(jù)處理計(jì)算正丁醇水溶液準(zhǔn)確濃度。根據(jù)(V)式計(jì)算毛細(xì)管常數(shù)K值，單位為m。計(jì)算各溶液的表面張力

，作

-c曲線。在

-c曲線上取8~10個(gè)點(diǎn)，分別作切線，得各點(diǎn)所對(duì)應(yīng)濃度ci的斜率，由(I)式求得不同濃度下的吸附量值Γi。作c/Γ-c圖，得一直線，斜率的倒數(shù)即為?！?/p>

(mol·m-2)。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)6.由(Ⅲ)式計(jì)算正丁醇分子的橫截面積S0值，單位換算為nm2，與文獻(xiàn)值0.274~0.289nm2

比較。（二）討論本實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵在于毛細(xì)管的清潔、毛細(xì)管口與液面的相切、抽氣速度的恒定。表面張力的其他測(cè)定方法：（一）毛細(xì)管上升法毛細(xì)管插入液體后，液體在毛細(xì)管內(nèi)將上升一定高度。平衡時(shí)，上升液柱的重量和液體由于表面張力的作用而受到向上的拉力相等，由此可計(jì)算獲得表面張力值。六、實(shí)驗(yàn)延伸（二）滴重法或滴體積法液體受重力作用從垂直安放的毛細(xì)管向下滴落，當(dāng)液滴最大時(shí)，其半徑等于毛細(xì)管半徑，此時(shí)重力與表面張力相平衡，因而可以從滴落質(zhì)量計(jì)算

。測(cè)定落滴質(zhì)量——滴重法，測(cè)定落滴體積——滴體積法。（三）拉脫法也叫拉環(huán)法、環(huán)形法、環(huán)法。測(cè)量一已知周長(zhǎng)的金屬圓環(huán)（或金屬片）從待測(cè)液體表面拉出時(shí)的最大拉力和圓環(huán)的內(nèi)外半徑，可求得表面張力。（四）液滴外形法、振動(dòng)射流法液滴外形法常用來(lái)測(cè)定熔融金屬以及界面張力低于10-4N·m-1體系的表面張力。振動(dòng)射流法主要用于測(cè)定新生成表面的表面張力，即動(dòng)態(tài)表面張力。參考文獻(xiàn)陳六平，鄒世春，現(xiàn)代化學(xué)實(shí)驗(yàn)與技術(shù)，北京，科學(xué)出版社，2007年，270頁(yè)復(fù)旦大學(xué)等編，莊繼華等修訂，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，第三版，北京，高等教育出版社，2004年，131頁(yè)傅獻(xiàn)彩等，物理化學(xué)（下