表面張力測定儀的使用

表面張力、吉布斯吸附方程、最大泡壓法。知識點：知識點及實驗技能訓(xùn)練要點超級恒溫槽的調(diào)節(jié)；表面張力測定儀的使用；最大泡壓法對表面張力相關(guān)性質(zhì)的測定（均為首次訓(xùn)練）實驗技能訓(xùn)練要點：一、實驗?zāi)康亩?、實驗原理三、實驗步驟

四、注意事項五、實驗總結(jié)六、實驗延伸七、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.掌握最大泡壓法測定表面張力的原理和技術(shù)；3.測定不同濃度正丁醇水溶液的表面張力，計算溶液的表面吸附量和正丁醇分子的橫截面積。一、實驗?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自發(fā)過程，將使體系總自由能減小。欲使液體增大單位面積時，要由外界對液體作功，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，簡稱表面張力，用

表示，其單位是N·m-1。什么是表面張力？二、實驗原理

溶質(zhì)分子橫截面積S0飽和吸附量?！尬搅喀１砻鎻埩Ζ?/p>

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）表面張力的測量方法最大泡壓法測表面張力（三）測量原理

調(diào)毛細(xì)管下端端面與被測液體液面相切。抽氣，測定管中壓力Pt逐漸減小，毛細(xì)管中大氣壓力P0就會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，此時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，此時氣泡表面膜所能承受的壓力差必然減小，而測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)管分別測定具有不同表面張力(

1和

2)的溶液時，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)來確定。本實驗中測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?。?5℃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、實驗步驟2、毛細(xì)管常數(shù)的測定（1）清洗毛細(xì)管和測定管（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（4）校正零點并讀取最大壓差三、實驗步驟3、待測樣品表面張力的測定由稀到濃依次測定正丁醇水溶液的表面張力。每次測量前，都需用待測液充分潤洗測定管和毛細(xì)管暢通大氣情況下采零，每個樣品測定前都必須采零。抽氣速度不宜過快，平均5s逸出一個氣泡。勿讓液體進(jìn)入膠管內(nèi)。四、注意事項(一)數(shù)據(jù)處理計算正丁醇水溶液準(zhǔn)確濃度。根據(jù)(V)式計算毛細(xì)管常數(shù)K值，單位為m。計算各溶液的表面張力

，作

-c曲線。在

-c曲線上取8~10個點，分別作切線，得各點所對應(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Γ∞

(mol·m-2)。五、實驗總結(jié)6.由(Ⅲ)式計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）討論本實驗關(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，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，由此可計算獲得表面張力值。六、實驗延伸（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，其半徑等于毛細(xì)管半徑，此時重力與表面張力相平衡，因而可以從滴落質(zhì)量計算

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