毛細管法測表面張力實驗裝置圖

1. 如何測液體的表面張力

液體表面張力系數的測定

液體的表面張力是表徵液體性質的一個重要參數．測量液體的表面張力系數有多種方法，拉脫法是測量液體表面張力系數常用的方法之一．該方法的特點是，用秤量儀器直接測量液體的表面張力，測量方法直觀，概念清楚．用拉脫法測量液體表面張力，對測量力的儀器要求較高，由於用拉脫法測量液體表面的張力約在1×10-3～1×10-2 N之間，因此需要有一種量程范圍較小，靈敏度高，且穩定性好的測量力的儀器．近年來，新發展的硅壓阻式力敏感測器張力測定儀正好能滿足測量液體表面張力的需要，它比傳統的焦利秤、扭秤等靈敏度高，穩定性好，且可數字信號顯示，利於計算機實時測量，為了能對各類液體的表面張力系數的不同有深刻的理解，在對水進行測量以後，再對不同濃度的酒精溶液進行測量，這樣可以明顯觀察到表面張力系數隨液體濃度的變化而變化的現象，從而對這個概念加深理解。

[實驗目的]

1．用拉脫法測量室溫下液體的表面張力系數

2．學習力敏感測器的定標方法

[實驗原理]

測量一個已知周長的金屬片從待測液體表面脫離時需要的力，求得該液體表面張力系數的實驗方法稱為拉脫法．若金屬片為環狀吊片時，考慮一級近似，可以認為脫離力為表面張力系數乘上脫離表面的周長，即

F=α·π(D1十D2 ) （1）

式中，F為脫離力，D1，D2分別為圓環的外徑和內徑，α為液體的表面張力系數．

硅壓阻式力敏感測器由彈性梁和貼在樑上的感測器晶元組成，其中晶元由四個硅擴散電阻集成一個非平衡電橋，當外界壓力作用於金屬梁時，在壓力作用下，電橋失去平衡，此時將有電壓信號輸出，輸出電壓大小與所加外力成正此，即

△U=KF （2）

式中，F為外力的大小，K為硅壓阻式力敏感測器的靈敏度，△U為感測器輸出電壓的大小。

[實驗裝置]

圖14-1為實驗裝置圖,其中,液體表面張力測定儀包括硅擴散電阻非平衡電橋的電源和測量電橋失去平衡時輸出電壓大小的數字電壓表．其他裝置包括鐵架台,微調升降台,裝有力敏感測器的固定桿,盛液體的玻璃皿和圓環形吊片,實驗證明,當環的直徑在3cm附近而液體和金屬環接觸的接觸角近似為零時.運用公式(1)測量各種液體的表面張力系數的結果較為正確。

圖14-1 液體表面張力測定裝置

[實驗內容]

一、必做部分

1、 力敏感測器的定標

每個力敏感測器的靈敏度都有所不同，在實驗前，應先將其定標，步驟如下：打開儀器的電源開關，將儀器預熱。（2）在感測器梁端頭小鉤中，掛上砝碼盤，調節電子組合儀上的補償電壓旋鈕，使數字電壓表顯示為零。（3）在砝碼盤上分別如0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g等質量的砝碼，記錄相應這些砝碼力F作用下，數字電壓表的讀數值U.(4)用最小二乘法作直線擬合,求出感測器靈敏度K.

2、 環的測量與清潔

（1）用游標卡尺測量金屬圓環的外徑D1和內徑D2 （關於游標卡尺的使用方法請閱實驗1）

（2）環的表面狀況與測量結果有很大的關系，實驗前應將金屬環狀吊片在NaOH溶液中浸泡20－30秒，然後用凈水洗凈。

3、液體的表面張力系數

（1）將金屬環狀吊片掛在感測器的小鉤上，調節升降台，將液體升至靠近環片的下沿，觀察環狀吊片下沿與待測液面是否平行，如果不平行，將金屬環狀片取下後，調節吊片上的細絲，使吊片與待測液面平行。

（2）調節容器下的升降台，使其漸漸上升，將環片的下沿部分全部浸沒於待測液體，然後反向調節升降台，使液面逐漸下降，這時，金屬環片和液面間形成一環形液膜，繼續下降液面，測出環形液膜即將拉斷前一瞬間數字電壓表讀數值U1和液膜拉斷後一瞬間數字電壓表讀數值U2。

△U＝U1-U2

（3）將實驗數據代人公式（2）和（1），求出液體的表面張力系數，並與標准值進行比較。

二、選做部分

測出其他待測液體，如酒精、乙醚、丙酮等在不同濃泄勁時的表面張力系數

三、實驗數據和記錄

1、感測器靈敏度的測量

表14-1

砝碼／g
0.500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000

電壓／mV

經最小二乘法擬合得K=_______mV/N,擬合的線性相關系數r=__________

2、水的表面張力系數的測量

金屬環外徑D1=_________cm,內徑D2=_______ cm, 水的溫度：θ=________τ.

表14-2

編號
U­­1/mV
U2/mV
△U/mV
F/N
A/N.m-1

1

2

3

4

5

平均值： =_______N/m

附：水的表面張力系數的標准值：

A/N.m--1
0.074 22
0.073 22
0.072 75
0.071 97
0.071 18

水的溫度t/C
10
15
20
25
30

2. 關於毛細管法測定液體表面張力

多相體系中相之間存在著界面。習慣上人們僅將氣-液，氣-固界面稱為表面。

通常，由於環境不同，處於界面的分子與處於相本體內的分子所受力是不同的。在水內部的一個水分子受到周圍水分子的作用力的合力為零，但在表面的一個水分子卻不如此。因上層空間氣相分子對它的吸引力小於內部液相分子對它的吸引力，所以該分子所受合力不等於零，其合力方向垂直指向液體內部，結果導致液體表面具有自動縮小的趨勢，這種收縮力稱為表面張力。將水分散成霧滴，即擴大其表面，有許多內部水分子移到表面，就必須克服這種力對體系做功——表面功。顯然這樣的分散體系便儲存著較多的表面能。

表面張力是物質的特性，其大小與溫度和界面兩相物質的性質有關。

在293K下水的表面張力為72.75×10-3 N·m-1，乙醇為22.32×10-3 N·m-1，正丁醇為24.6×10-3N·m-1，而水-正丁醇（4.1‰）的界面張力為34×10-3 N·m-1。

定義及相關
[編輯本段]
(1)定義或解釋
①促使液體表面收縮的力叫做表面張力。
②液體表面相鄰兩部分之間，單位長度內互相牽引的力。

(2)單位
表面張力的單位常用達因。

(3)說明
①表面張力的方向和液面相切，並和兩部分的分界線垂直，如果液面是平面，表面張力就在這個平面上。 如果液面是曲面，表面張力就在這個曲面的切面上。

②表面張力是分子力的一種表現。它發生在液體和氣體接觸時的邊界部分。是由於表面層的液體分子處於特殊情況決定的。液體內部的分子和分子間幾乎是緊挨著的，分子間經常保持平衡距離，稍遠一些就相吸，稍近一些就相斥，這就決定了液體分子不像氣體分子那樣可以無限擴散，而只能在平衡位置附近振動和旋轉。在液體表面附近的分子由於只顯著受到液體內側分子的作用，受力不均，使速度較大的分子很容易沖出液面，成為蒸汽，結果在液體表面層(跟氣體接觸的液體薄層)的分子分布比內部分子分布來得稀疏。相對於液體內部分子的分布來說，它們處在特殊的情況中。表面層分子間的斥力隨它們彼此間的距離增大而減小，在這個特殊層中分子間的引力作用占優勢。因此，如果在液體表面上任意劃一條分界線MN把液面分成a、b兩部分，如圖所示。F表示a部分表面層中的分子對b部分的吸引力，F6表示右部分表面層中的分子對a部分的吸引力，這兩部分的力一定大小相等、方向相反。這種表面層中任何兩部分聞的相互牽引力，促使了液體表面層具有收縮的趨勢，由於表面張力的作用，液體表面總是趨向於盡可能縮小，因此空氣中的小液滴往往呈圓球形狀。

③表面張力F的大小跟分界線MN的長度成正比。可寫成F=σL或σ=F/L。
比值σ叫做表面張力系數，它的單位常用dyn／cm。在數值上表面張力系數就等於液體表面相鄰兩部分間單位長度的相互牽引力。
液膜表面張力系數=液膜的表面能/液膜面積=F表面張力/(2*所取線段長）。
表面張力系數與液體性質有關，與液面大小無關。

3. 液體表面張力影響因素

表面張力在物理學中是一個重要的物理量。由於液體表面張力的大小取決於液體表面張力系數,所以測量液體表面張力系數具有重要意義。下面是我整理的什麼是液體表面張力，歡迎閱讀。

什麼是液體表面張力

凡作用於液體表面，使液體表面積縮小的力，稱為液體表面張力。它產生的原因是 液體跟氣體接觸的表面存在一個薄層，叫做表面層，表面層里的分子比液體內部稀疏，分子間的距離比液體內部大一些，分子間的相互作用表現為引力。就象你要把彈簧拉開些，彈簧反而表現具有收縮的趨勢。正是因為這種張力的存在，有些小昆蟲才能無拘無束地在水面上行走自如。

液體表面張力影響因素

內因：無機液體的表面張力比有機液體的表面張力大的多;

水的表面張力72.8mN/m(20℃);

有機液體的表面張力都小於水;

含氮、氧等元素的有機液體的表面張力較大;

含F、Si的液體表面張力最小;

分子量大表面張力大;

水溶液：如果含有無機鹽，表面張力比水大;含有有機物， 表面張力比水小。

外因：溫度升高表面張力減小;

壓力和表面張力沒有關系。

註：液體(0度以上時)表面張力最弱的是酒精。

液體表面張力系數測定

液體表面張力的測定方法分靜力學法和動力學法。靜力學法有毛細管上升法、 Noüy 環法、Wilhelmy 盤法、旋滴法、懸滴法、滴體積法、最大氣泡壓力法;動力學法有震盪射流法、毛細管波法。其中毛細管上升法和最大氣泡壓力法不能用來測液- 液界面張力。Wilhelmy 盤法, 最大氣泡壓力法, 震盪射流法, 毛細管波法可以用來測定動態表面張力。由於動力學法本身較復雜, 測試精度不高, 而先前的數據採集與處理手段都不夠先進, 致使此類測定方法成功應用的實例很少。因此, 迄今為止, 實際生產中多採用靜力學測定方法。

毛細管上升法

測定原理：

將一支毛細管插入液體中, 液體將沿毛細管上升, 升到一定高度後, 毛細管內外液體將達到平衡狀態, 液體就不再上升了。此時, 液面對液體所施加的向上的拉力與液體向下的力相等。則表面張力 ：γ=ρghr/(2cosθ)

式中γ為表面張力, r 為毛細管的半徑, h 為毛細管中液面上升的高度, ρ為測量液體的密度, g 為當地的重力加速度, θ為液體與管壁的接觸角。

Wilhelmy 盤法

用鉑片、雲母片或顯微鏡蓋玻片掛在扭力天平或鏈式天平上, 測定當片的底邊平行面剛好接觸液面時的壓力, 由此得表面張力, 公式為:

式中,W 總為薄片與液面拉脫時的最大拉力,W片為薄片的重力, l 為薄片的寬度, 薄片與液體的接觸的周長近似為2l, φ為薄片與液體的接觸角

懸滴法

懸滴法是根據在水平面上自然形成的液滴形狀計算表面張力。在一定平面上, 液滴形狀與液體表面張力和密度有直接關系。由Laplace公式, 描述在任意的一點P 曲面內外壓差為：

式中R1, R2 為液滴的主曲率半徑; z 為以液滴頂點O 為原點, 液滴表面上P 的垂直坐標; P0 為頂點O 處的靜壓力。

定義：S= ds/de

式中de 為懸滴的最大直徑, ds 為離頂點距離為de 處懸滴截面的直徑

式中b 為液滴頂點O 處的曲率半徑。此式最早是由Andreas, Hauser 和Tucker[15]提出, 若相對應與懸滴的S 值得到的1/H 為已知, 即可求出表( 界) 面張力。應用Bashforth-Adams 法, 即可算出作為S 的函數的1/H 值。因為可採用定期攝影或測量ds/de 數值隨時間的變化, 懸滴法可方便地用於測定表( 界) 面張力。

滴體積法

當一滴液體從毛細管滴頭滴下時, 液滴的重力與液滴的表面張力以及滴頭的大小有關。Tate首先提出了表示液滴重力(mg) 的簡單關系式:mg=2πrγ,實驗結果表明, 實際體積比按式( 7) 式計算的體積小得多。因此Harkins 就引入了校正因子

, 則更精確的表面張力可以表示為:

其中m 為液滴的質量, V 為液滴體積, f 為校正因子, 可查表得到[16, 23]。只要測出數滴液體的體積, 利用( 13) 式就可計算出該液體的表面張力。

最大氣泡壓力法

若在密度為ρ的液體中, 插入一個半徑為r的毛細管, 深度為t, 經毛細管吹入一極小的氣泡, 其半徑恰好與毛細管半徑相等。此刻, 氣泡內壓力最大。根據拉普拉斯公式, 氣泡最大壓力為：

差分最大氣泡壓力法

差分最大氣泡壓力法最早是由Sugden 於1921 年提出來的並提出計算公式, 後經過Cuny和Wolf 等的不斷改進, 原理是:兩個同質異徑的毛細管插入被測液體中, 氣

泡從毛細管中通過後到達液體中, 測量兩個毛細管中氣泡的最大壓力p1 和p2, 表面張力是壓差的函數, 計算公式為：

液體表面張力試驗舉例

液體的表面張力是表徵液體性質的一個重要參數.測量液體的表面張力系數有多種方法，拉脫法是測量液體表面張力系數常用的方法之一.該方法的特點是，用秤量儀器直接測量液體的表面張力，測量方法直觀，概念清楚.用拉脫法測量液體表面張力，對測量力的儀器要求較高，由於用拉脫法測量液體表面的張力約在1×10-3～1×10-2 N之間，因此需要有一種量程范圍較小，靈敏度高，且穩定性好的測量力的儀器.新發展的硅壓阻式力敏感測器張力測定儀正好能滿足測量液體表面張力的需要，它比傳統的焦利秤、扭秤等靈敏度高，穩定性好，且可數字信號顯示，利於計算機實時測量，為了能對各類液體的表面張力系數的不同有深刻的理解，在對水進行測量以後，再對不同濃度的酒精溶液進行測量，這樣可以明顯觀察到表面張力系數隨液體濃度的變化而變化的現象，從而對這個概念加深理解。

[實驗目的]

1.用拉脫法測量室溫下液體的表面張力系數

2.學習力敏感測器的定標方法

[實驗原理]

測量一個已知周長的金屬片從待測液體表面脫離時需要的力，求得該液體表面張力系數的實驗方法稱為拉脫法.若金屬片為環狀吊片時，考慮一級近似，可以認為脫離力為表面張力系數乘上脫離表面的周長，即

F=α·π(D1十D2 ) (1)

式中，F為脫離力，D1，D2分別為圓環的外徑和內徑，α為液體的表面張力系數.

硅壓阻式力敏感測器由彈性梁和貼在樑上的感測器晶元組成，其中晶元由四個硅擴散電阻集成一個非平衡電橋，當外界壓力作用於金屬梁時，在壓力作用下，電橋失去平衡，此時將有電壓信號輸出，輸出電壓大小與所加外力成正此，即

△U=KF (2)

式中，F為外力的大小，K為硅壓阻式力敏感測器的靈敏度，△U為感測器輸出電壓的大小。

[實驗裝置]

圖14-1為實驗裝置圖,其中,液體表面張力測定儀包括硅擴散電阻非平衡電橋的電源和測量電橋失去平衡時輸出電壓大小的數字電壓表.其他裝置包括鐵架台,微調升降台,裝有力敏感測器的固定桿,盛液體的玻璃皿和圓環形吊片,實驗證明,當環的直徑在3cm附近而液體和金屬環接觸的接觸角近似為零時.運用公式(1)測量各種液體的表面張力系數的結果較為正確。

[實驗內容]

一、必做部分

1、 力敏感測器的定標

每個力敏感測器的靈敏度都有所不同，在實驗前，應先將其定標，步驟如下：打開儀器地電源開關，將儀器預熱。(2)在感測器梁端頭小鉤中，掛上砝碼盤，調節電子組合儀上的補償電壓旋鈕，使數字電壓表顯示為零。(3)在砝碼盤上分別如0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g、3.0g等質量的砝碼，記錄相應這些砝碼力F作用下，數字電壓表的讀數值U.(4)用最小二乘法作直線擬合,求出感測器靈敏度K.

2、 環的測量與清潔

(1)用游標卡尺測量金屬圓環的外徑D1和內徑D2 (關於游標卡尺的使用方法請閱實驗1)

(2)環的表面狀況與測量結果有很大的關系，實驗前應將金屬環狀吊片在NaOH溶液中浸泡20-30秒，然後用凈水洗凈。

3、液體的表面張力系數

(1)將金屬環狀吊片掛在感測器的小鉤上，調節升降台，將液體升至靠近環片的下沿，觀察環狀吊片下沿與待測液面是否平行，如果不平行，將金屬環狀片取下後，調節吊片上的細絲，使吊片與待測液面平行。

4. 急求大學物理實驗「液體表面張力系數測定儀」的實驗報告！

「液體表面張力系數測定儀」實驗報告如下：

一、【實驗目的】

（1） 掌握力敏感測器的原理和方法。

（2）了解液體表面的性質，測定液體表面張力系數。

二、【實驗原理】

液體具有盡量縮小其表面的趨勢，好像液體表面是一張拉緊了的橡皮膜一樣。這種沿著表面的、收縮液面的力稱之為表面張力。

測量表面張力系數的常用方法：拉脫法、毛細管升高法和液滴測重法等，此試驗中採用了拉脫法。

假如在液體中浸入一塊薄鋼片，則鋼片表面附近的液面將高於其它處，如圖1所示。

(4)毛細管法測表面張力實驗裝置圖擴展閱讀：

實驗所需要的器材有：DH4607型液體表面張力系數測定儀；力敏感測器;0.0005kg砝碼(7個) ；鑷子；砝碼盤；圓形吊環；玻璃皿。

實驗採用的拉脫法是直接測定法，通常採用物體的彈性形變（伸長或扭轉）來量度力的大小。

液體表面層內的分子所處的環境跟液體內部的分子不同。液體內部的每一個分子四周都被同類的其他分子所包圍，他所受到的周圍分子合力為零。

由於液體上方的氣象層的分子很少，表層內每一個分子受到的向上的引力比向下的引力小，合力不為零。

這個力垂直於液面並指向液體內部。所以分子有從液面擠入液體內部的傾向，並使得液體表面自然收縮，直到處於動態平衡。

5. 最大泡壓法測表面張力 儀器常數K

溶液的吸附作用和液體表面張力的測定

一．實驗目的

1．用最大泡壓法測定不同濃度的表面活性物質（正丁醇）溶液在一定溫度下的表面張力；

2．應用Gibbs和Langmuir吸附方程式進行精確作圖和圖解微分，計算不同濃度正丁醇溶液的表面吸附量和正丁醇分子截面積，以加深對溶液吸附理論的理解；

3．掌握作圖法的要點，提高作圖水平。

二．實驗原理

當液體中加入某種溶質時，其表面張力要發生變化。例如在水中溶入醇、醛、酮等有機化合物，水的表面張力要減小；若加入某些無機物，則水的表面張力稍有增大。溶液系統可通過自動調節不同組分在表面層中的量來降低表面Gibbs能，使系統趨於穩定。因此，若加入的溶質能夠降低溶液的表面張力，則該溶質力圖濃集在表面上；反之，則該溶質在表面層中的濃度一定低於溶液的內部，這種表面層中某物質的含量與溶液本體中不同的現象，稱之為表面吸附作用。當表面層中物質的量大於本體溶液中的量，叫做發生了正吸附，反之為發生負吸附，Gibbs用熱力學方法導出了一定溫度下，吸附量的定量公式——Gibbs吸附等溫式：

＝－
式中， 為表面吸附量（mol/m2）；γ為表面張力（N/m或J/ m2）；T為熱力學溫度（K）；c為溶液本體的平衡濃度（mol/L）；R為氣體常數[J/(mol•K)]。

能使溶劑水的表面張力降低的溶質通常稱為表面活性物質。工業上和生活中所用的去污劑、起泡劑、乳化劑及潤滑劑等都是表面活性物質。表面活性物質的分子是由親水的極性部分和憎水的非極性部分構成的，正丁醇分子為ROH型一元醇，其羥基為親水基，烴基為憎水基，當它溶於水後，在溶液表面層形成羥基朝下，烴基朝上的正丁醇單分子層。當溶液濃度增加時，表面吸附量也增加；當濃度足夠大時，吸附量達極大值 ，表面溶液的表面吸附達飽和狀態。 可近似看成表面上定向排滿單分子層時單位表面積中正丁醇的物質量。

正丁醇溶液的γ-c曲線示於圖一。從曲線可求得不同濃度下的dγ/dc值，將各值待入Gibbs公式可計算不同濃度時表面吸附量 。如果作 -c曲線，可求得飽和吸附量 ，並由下式計算出正丁醇的分子截面積：

S=
式中，N0為Avgodro常數（6.02×1023/mol）。

實際上將 -c曲線外推求 比較困難。設氣固單分子層吸附的Langmuir吸附等溫式適用於溶液的表面吸附，並以表面吸附量 （表面超量）代替單位表面上所含正丁醇的物質量，則有：

θ＝
或

式中，θ為吸附分數，c為溶液本體的平衡濃度，K為與溶液表面吸附有關的經驗常數。由 ～c作圖可得一直線，由直線斜率求 ，進而可求分子的截面積S。

圖一 γ～c曲線、 ～ c曲線和 ～c曲線
圖二 最大泡壓法測液體表面張力儀器裝置圖

用最大泡壓法測表面張力方法如下：測定液體表面張力的方法很多，如毛細管升高法、滴重法、環法、滴外形法等等。本實驗採用最大泡壓法，實驗裝置如圖二所示。

圖二中A為充滿水的抽氣瓶；B為直徑為0.2～0.3mm的毛細管；C為樣品管；D為U型壓力計，內裝水以測壓差；E為放空管；F為恆溫槽。

將毛細管豎直放置，使滴口瓶面與液面相切，液體即沿毛細管上升，打開抽氣瓶的活栓，讓水緩緩滴下，使樣品管中液面上的壓力漸小於毛細管內液體上的壓力（即室壓），毛細管內外液面形成一壓差，此時毛細管內氣體將液體壓出，在管口形成氣泡並逐漸脹大，當壓力差在毛細管口所產生的作用力稍大於毛細管口液體的表面張力時，氣泡破裂，壓差的最大值可由U型壓力計上讀出。

若毛細管的半徑為r，氣泡從毛細管出來時受到向下的壓力為：

式中，△h為U型壓力計所示最大液柱高度差，g為重力加速度，ρ為壓力計所貯液體的密度。氣泡在毛細管口所受到的由表面張力引起的作用力為2πr•γ，氣泡剛脫離管口時，上述二力相等：

若將表面張力分別為 和 的兩種液體用同一支毛細管和壓力計用上法測出各自的 和 ，則有如下關系：

即
對同一支毛細管來說，K值為一常數，其值可借一表面張力已知的液體標定。本實驗用純水作為基準物質，20.0℃時純水的表面張力為7.275×10－2N/m(或J/m2)。

三．儀器和試劑

表面張力測定裝置（包括恆溫槽）1套；容量瓶100ml1個，50ml5個；1ml刻度移液管1支；吸耳球1個；正丁醇（二級）；去離子水。

四．實驗步驟

1．溶液配製

按表分2次配製9份溶液，第一次1～5號，第二次配製6～9號。

表 － 正丁醇表面張力測定溶液配製方法

樣品號數
1
2
3
4
5
6
7
8
9

容量瓶體積/cm3
100
50
50
50
50
50
50
50
50

/cm3
0.10
0.10
0.25
0.50
0.75
1.00
1.25
1.50
1.75

2．如圖裝配儀器，恆溫槽溫度調至20.0℃，樣品管內置待測液體，毛細管豎直放置，毛細管口與液面相切。恆溫5min以上，測定液體的表面張力。

3．測定毛細管常數。樣品管內加入一定量蒸餾水（以放入毛細管後管口剛好與液面相切為准），旋動抽氣瓶活栓讓水緩緩滴下，使氣泡從毛細管均勻逸出，以3～5s逸出1個氣泡為宜，記錄壓力計兩側液面之最高和最低讀數各三次，取 的平均值計算毛細管常數K值。

4．同法測定各正丁醇溶液的 值，測量順序由稀到濃，每次測量前用樣品沖洗樣品管和毛細管數次。

五．數據處理

1．計算各濃度正丁醇溶液的表面張力，並作γ-c曲線；

樣品號數
1
2
3
4
5
6
7
8
9

溶液濃度c
2．用雙玻璃棒法求六個以上切點（均勻分布）的 ）值；

3．計算 值，並求c/ 值；

4．作c/ ～c圖，得一直線，由直線斜率求 值；

5．計算出正丁醇的分子截面積。文獻記載直鏈醇類的分子截面積約為2.2×10-19m2，並以此求出相對誤差。

6. 毛細管法測定液體表面張力

力學平衡法：

上升高度h=2*表面張力系數*cos接觸角/（液體密度*重力加速度g*毛細管半徑r）

熱力學的不會，抱歉。

7. 最大氣泡法測表面張力

1.毛細管的尖端要平整？選擇毛細管直徑大小時應該注意什麼？
答：實驗中默認鼓出的氣泡為半球形，其曲率半徑R和毛細管的半徑r相等時達到最小值，而附加壓力達到最大值，以此測出液體的表面長力。如果毛細管尖端不平整，就不能得到半球形氣泡。選擇毛細管時，其直徑不宜太大，因為毛細管半徑較小的時候才能保證其形成的氣泡基本上是球星的。

2.如果氣泡出的很快對結果有何影響？
答：氣泡出的很快會使氣泡不能一個一個鼓出而幾個氣泡聚集在一起，使得數據變大。
3.用最大氣泡法測表面張力時，為什麼要取一標准物質？本實驗中若不用水作標准物質行不行？最大氣泡法的使用范圍怎麼樣？
答：用最大起泡法測定表面張力時，毛細管的直徑很小，故要通過獲得其半徑來計算液體的表面張力難度較大，但儀器的半徑是不會改變的，故認為它是一個常數，因而需要取一標准物質，通過其已知的表面張力來推算出這個常數。本實驗中可以不用水作為標准物質。最大氣泡法因為與接觸角無關，裝置簡單，測定快速，故使用的范圍很廣，經過適當的設計可以用於熔融金屬和熔鹽的表面張力測量。

8. 毛細現象測表面張力

1、表面張力是分子力的一種表現。它發生在液體和氣體接觸時的邊界部分。是由於表面層的液體分子處於特殊情況決定的。液體內部的分子和分子間幾乎是緊挨著的，分子間經常保持平衡距離，稍遠一些就相吸，稍近一些就相斥，這就決定了液體分子不像氣體分子那樣可以無限擴散，而只能在平衡位置附近振動和旋轉。在液體表面附近的分子由於只顯著受到液體內側分子的作用，受力不均，使速度較大的分子很容易沖出液面，成為蒸汽，結果在液體表面層(跟氣體接觸的液體薄層)的分子分布比內部分子分布來得稀疏。相對於液體內部分子的分布來說，它們處在特殊的情況中。表面層分子間的斥力隨它們彼此間的距離增大而減小，在這個特殊層中分子間的引力作用占優勢。因此，表面張力肯定是液體與空氣之間的；
2、有關系，越濕潤，分子間受吸引的力越明顯，張力越大；
3、有關系，黏度越大，上升越小。

9. 最大泡壓法為何要測定儀器常數

最大泡壓法是一種測定溶液表面張力的方法，溶液的表面張力 σ是強度因子，是物質的重要特性之一，在一定的溫度和壓力下有一定的數值。測定表面張力的方法有多種，在科研和教學上常採用的有：毛細管上升法 、最大泡壓法 、滴重或滴體積法 、拉脫法等。其中最大泡壓法測定溶液表面張力實驗裝置簡單、操作方便，且不需要測定接觸角 θ 和液體密度 ρ ，因而是大學物理化學實驗中的重要內容之一。
中文名
最大泡壓法
外文名
The maximum bubble pressure method
用途
測定溶液表面張力
學科
物理化學
基本原理儀器與試劑實驗步驟測試注意事項TA說
基本原理
最大泡壓法測定溶液的表面張力是毛細管上升法的一個逆過程。其裝置如概述圖所示，將待測表面張力的液體裝於表面張力儀中使毛細管的端面與液面相切（這樣做是為了數據處理方便，如果做不到相切，每次實驗毛細管浸沒的深度應保持一致，此時數據處理參見其它文獻），由於毛細現象液面即沿毛細管上升，打開抽氣瓶的活塞緩緩抽氣，系統減壓，毛細管內液面上受到一個比表面張力儀瓶中液面上（即系統）大的壓力，當此壓力差——附加壓力（∆p=p大氣-p系統）在毛細管端面上產生的作用力稍大於毛細管口液體的表面張力時，氣泡就從毛細管口脫出，此附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑成反比，其關系式為拉普拉斯公式：
式中，∆p為附加壓力；σ為表面張力；R為氣泡的曲率半徑。
如果毛細管半徑很小，則形成的氣泡基本上是球形的。當氣泡開始形成時，表面幾乎是平的，這時曲率半徑最大；隨著氣泡的形成，曲率半徑逐漸變小，直到形成半球形，這時曲率半徑R和毛細管半徑r相等，曲率半徑達最小值，根據上式這時附加壓力達最大值。氣泡進一步長大，R變大，附加壓力則變小，直到氣泡逸出。根據上式，R=r時的最大附加壓力為：
或：
對於同一套表面張力儀，毛細管半徑r、測壓液體密度、重力加速度都為定值，因此為了數據處理方便，將上述因子放在一起，用儀器常數K來表示，上式可簡化為：
式中的儀器常數K可用已知表面張力的標准物質測得，通常用純水來標定[1]。
儀器與試劑
實驗儀器：
最大泡壓法表面張力儀、洗耳球、移液管（1mL、5mL）、燒杯（50mL）、溫度計。
實驗試劑：
待測溶液、蒸餾水。
實驗步驟
儀器准備與檢漏
將表面張力儀容器和毛細管洗凈、烘乾。在恆溫條件下將一定量蒸餾水注入表面張力儀中，調節液面，使毛細管口恰好與液面相切。打開抽氣瓶活塞，使體系內的壓力降低，當U形管測壓及兩端液面出現一定高度差時，關閉抽氣瓶活塞，若2~3min內，壓差計的壓差不變，則說明體系不漏氣，可以進行實驗。
儀器常數的測量
打開抽氣瓶活塞，調節抽氣速度，使氣泡由毛細管尖端成單泡逸出，且每個氣泡形成的時間約為5~10s。當氣泡剛脫離管端的一瞬間，壓差計顯示最大壓差時，記錄最大壓力差，連續讀取三次，取其平均值。再由手冊中查出實驗溫度時水的表面張力σwater，則儀器常數：
表面張力隨溶液濃度變化的測定
用移液管分別移取0.150mL、0.300mL、0.600mL、0.900mL、1.50mL、2.50mL、3.50mL待測液，移入7個50mL的容量瓶，配製成一定濃度的待測溶液。然後由稀到濃依次移取一定量的待測溶液，按照步驟（2）所述，置於表面張力儀中測定某濃度下待測溶液的表面張力。隨著待測液濃度的增加，測得的表面張力幾乎不再隨濃度發生變化。
將各實驗數據統計，整理填入預製表格中[2]。
測試注意事項
① 在測定表面張力時，毛細管的端面與液面相切，這樣是為了數據處理方便。如果做不到相切，每次實驗毛細管浸沒的深度應保持一致。
② 測定溶液的表面張力儀時，要從濃度低到濃度高的溶液依次進行。避免待測溶液污染，濃度發生明顯變化。
③ 每次安裝好儀器，進行測定前，注意要先打開抽氣瓶上的塞子，連通大氣，再塞緊塞子進行實驗測定

10. 最大氣泡壓力法測定液體的表面張力

最大氣泡壓力法測定液體的表面張力的測定——最大氣泡法

一、 實驗目的

1． 掌握最大氣泡法測定表面張力的原理和技術。

2． 通過對不同濃度正丁醇溶液表面張力的測定，加深對表面張力、表面自由能和表面吸附量關系的理解。

3． 學慣用Matlab處理實驗數據。

4． 使用《管理系統》完成實驗。

二、 實驗原理

圖20-1 分子間作用力示意圖

在液體的內部任何分子周圍的吸引力是平衡的。可是在液體表面層的分子卻不相同。因為表面層的分子，一方面受到液體內層的鄰近分子的吸引，另一方面受到液面外部氣體分子的吸引，而且前者的作用要比後者大。

因此在液體表面層中，每個分子都受到垂直於液面並指向液體內部的不平衡力（如圖20－l所示）。這種吸引力使表面上的分子向內擠促成液體的最小面積。

要使液體的表面積增大就必須要反抗分子的內向力而作功增加分子的位能。所以說分子在表面層比在液體內部有較大的位能，這位能就是表面自由能。

通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的變化值ΔG稱為單位表面的表面能其單位為J．m-3。而把液體限制其表面及力圖使它收縮的單位直線長度上所作用的力，稱為表面張力，其單位是Nm-1。液體單位表面的表面能和它的表面張力在數值上是相等的。

欲使液體表面積增加△S時，所消耗的可逆功A為：

-A =△G =σ△S

液體的表面張力與溫度有關，溫度愈高，表面張力愈小。到達臨界溫度時，液體與氣體不分，表面張力趨近於零。液體的表面張力也與液體的純度有關。

在純凈的液體（溶劑）中如果摻進雜質（溶質），表面張力就要發生變化，其變化的大小決定於溶質的本性和加入量的多少。

當加入溶質後，溶劑的表面張力要發生變化。把溶質在表面層中與本體溶液中濃度不同的現象稱為溶液的表面吸附。使表面張力降低的物質稱為表面活性物質。用吉布斯公式(Gibbs)表示：

圖20-2 最大氣泡法表面張力測定裝置

式中： 為表面吸附量(mol.m-2)，σ為表面張力（J.m-2）。 表示在一定溫度下表面張力隨濃度的改變率。即：

<0，Г>0，溶質能降低溶劑的表面張力，溶液表面層的濃度大於內部的濃度，稱為正吸附作用。

>0，Г<0，溶質能增加溶劑的表面張力，溶液表面層的濃度小於內部的濃度，稱為負吸附作用。

由此，測定溶液的濃度和表面張力，可以求得不同濃度下溶液的表面吸附量。

如圖20-2是最大氣泡法測定表面張力的裝置示意。待測液體置於支管試管中，使毛細管端面與液面相切，液面隨毛細管上升。打開滴液漏斗緩慢抽氣。

此時，由於毛細管液面所受壓力大於支管試管液面所受壓力，毛細管液面不斷下降，將從毛細管緩慢析出氣泡。在氣泡形成的過程中，由於表面張力的作用，凹液面產生一個指向液面外的附加壓力△P，因此有以下關系：

P大氣 = P系統 +△P

附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑R成反比。