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1、化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University最大泡压法测定溶液表面张力基础化学实验 （物理化学实验）化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University表面张力、吉布斯吸附方程表面张力、吉布斯吸附方程 、最大泡压法最大泡压法。知识点：知识点：知识点及实验技能训练要点知识点及实验技能训练要点超超级级恒恒温温槽槽的的调调节节；表表面面张张力力测测定定仪仪的的使使用用；最最大大泡泡压法对表面张力相关性质的测定压法对表面张力相关性质的测定（均为首次训练）（均为首次训练）实验技能训练要点：实验技能训练要点：化学国家级
2、实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University一、实验目的一、实验目的二、实验原理二、实验原理三、实验步骤三、实验步骤 四、注意事项四、注意事项五、实验总结五、实验总结六、实验延伸六、实验延伸七、思考题七、思考题化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University1. 了了解解表表面面张张力力的的性性质质、表表面面自自由由能能的的意意义义以以及及表表面面张力和吸附的关系；张力和吸附的关系； 2. 掌握最大泡压法测定表面张力的原理和技术；掌握最大泡压法测定表面张力的原理和技术；3. 测测定定不不同同浓浓度度正正丁丁醇醇水
3、水溶溶液液的的表表面面张张力力，计计算算溶溶液液的表面吸附量和正丁醇分子的横截面积。的表面吸附量和正丁醇分子的横截面积。 一、实验目的一、实验目的化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University什么是表面能？什么是表面能？（一）表面张力及其与相关物理量的关系（一）表面张力及其与相关物理量的关系 液液体体表表面面缩缩小小是是一一个个自自发发过过程程，将将使使体体系系总总自自由由能能减减小小。欲欲使使液液体体增增大大单单位位面面积积时时，要要由由外外界界对对液液体体作作功功，其所需要的能量称为液体的其所需要的能量称为液体的表面自由能表面自由能或或表面能表
4、面能。表表面面层层的的分分子子垂垂直直作作用用在在界界面面每每单单位位长长度度边边缘缘上上且且与与表表面面平平行行或或相相切切的的收收缩缩力力，称称为为比比表表面面张张力力，简简称称表表面张力面张力，用，用 表示，其单位是表示，其单位是Nm-1。什么是表面张力？什么是表面张力？二、实验原理二、实验原理化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University 溶质分子横截面积溶质分子横截面积S0饱和吸附量饱和吸附量吸附量吸附量表面张力表面张力 溶质密度溶质密度 、摩尔质量、摩尔质量 已知已知NA为阿伏伽德罗常数为阿伏伽德罗常数 作作c/ c曲线曲线作作-c曲线
5、曲线吸附层厚度吸附层厚度()()()()化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University（二）（二）表面张力的测量方法表面张力的测量方法最大泡压法测表面张最大泡压法测表面张力力化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University（三）测量原理（三）测量原理调调毛毛细细管管下下端端端端面面与与被被测测液液体体液液面面相相切切。抽抽气气，测测定定管管中中压压力力Pt逐逐渐渐减减小小，毛毛细细管管中中大大气气压压力力P0就就会会将将管管中中液液面面压压至至管管口口，形形成成气气泡泡。其其曲曲率率半半径径恰恰好好等等于
6、于毛毛细细管管半径半径r时，此时能承受的压力差为最大，有时，此时能承受的压力差为最大，有化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University随随着着放放水水抽抽气气，大大气气压压力力将将把把该该气气泡泡压压出出管管口口。曲曲率率半半径径再再次次增增大大，此此时时气气泡泡表表面面膜膜所所能能承承受受的的压压力力差差必必然然减减小小，而而测测定定管管中中的的压压力力差差却却在在进进一一步步加加大大，故故立立即即导致气泡的破裂。导致气泡的破裂。化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University 用用同同一一根根毛毛细细
7、管管分分别别测测定定具具有有不不同同表表面面张张力力( 1和和 2)的溶液时，可得到下列关系式：的溶液时，可得到下列关系式： 式式中中 K 称称为为毛毛细细管管常常数数，其其值值可可由由已已知知表表面面张张力力的的物物质质来确定。本实验中测定蒸馏水的目的即在于此。来确定。本实验中测定蒸馏水的目的即在于此。化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University容量瓶加入正丁醇容量瓶加入正丁醇之前可先加入适量之前可先加入适量的蒸馏水（有什么的蒸馏水（有什么作用？）作用？）1、溶液配制、溶液配制（1）恒温水浴：）恒温水浴：25 或或 30 。（2）溶液的配制：配
8、制）溶液的配制：配制0.02 molL-1、0.05 molL-1、0.10 molL-1、0.15 molL-1、0.20 molL-1、0.25 molL-1、0.30 molL-1、0.35 molL-1的正丁醇水溶液各的正丁醇水溶液各 100 mL待待用。用。三、三、实验步骤实验步骤化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University2 2、毛细管常数的测定、毛细管常数的测定（1）清）清洗毛细管洗毛细管和测定管和测定管（2）调节毛细）调节毛细管与液面相切并管与液面相切并使溶液恒温使溶液恒温（3）调节）调节气泡速度约气泡速度约为为5-7s一个一个（
9、4）校正零）校正零点并读取最大点并读取最大压差压差三、三、实验步骤实验步骤化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University3 3、待测样品表面张力的测定待测样品表面张力的测定 由稀到浓依次测定正丁醇水溶液的表面张力。由稀到浓依次测定正丁醇水溶液的表面张力。每次测量前，都需用每次测量前，都需用待测液充分润洗测定待测液充分润洗测定管和毛细管管和毛细管化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University1.畅通大气情况下采零，每个样品测定前都必须采零。畅通大气情况下采零，每个样品测定前都必须采零。2.抽气速度不宜过快
10、，平均抽气速度不宜过快，平均 5 s 逸出一个气泡。逸出一个气泡。3.勿让液体进入胶管内。勿让液体进入胶管内。四、注意事项四、注意事项化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University( (一一) )数据处理数据处理1.计算正丁醇水溶液准确浓度。计算正丁醇水溶液准确浓度。2.根据根据(V)式计算毛细管常数式计算毛细管常数K值，单位为值，单位为m。3.计算各溶液的表面张力计算各溶液的表面张力 ，作，作 -c曲线。曲线。4.在在 -c曲曲线线上上取取810个个点点，分分别别作作切切线线，得得各各点点所所对对应应浓度浓度ci的斜率，由的斜率，由(I)式求得不
11、同浓度下的吸附量值式求得不同浓度下的吸附量值i。5.作作c/-c图，得一直线，斜率的倒数即为图，得一直线，斜率的倒数即为 (molm-2)。五、实验总结五、实验总结化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University6. 由由()式式计计算算正正丁丁醇醇分分子子的的横横截截面面积积S0值值，单单位位换换算算为为nm2，与文献值，与文献值0.2740.289 nm2 比较。比较。（二）讨论（二）讨论本本实实验验关关键键在在于于毛毛细细管管的的清清洁洁、毛毛细细管管口口与与液液面面的的相切、相切、抽气速度的恒定抽气速度的恒定。化学国家级实验教学示范中心化学国
12、家级实验教学示范中心Northwest University表面张力的其他测定方法：表面张力的其他测定方法：（一）毛细管上升法（一）毛细管上升法毛毛细细管管插插入入液液体体后后，液液体体在在毛毛细细管管内内将将上上升升一一定定高高度度。平平衡衡时时，上上升升液液柱柱的的重重量量和和液液体体由由于于表表面面张张力力的的作作用用而而受受到到向向上上的的拉拉力力相相等等，由由此此可可计计算算获获得得表表面面张力值。张力值。六、实验延伸六、实验延伸化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University（二）滴重法或滴体积法（二）滴重法或滴体积法液液体体受受重重力力
13、作作用用从从垂垂直直安安放放的的毛毛细细管管向向下下滴滴落落，当当液液滴滴最最大大时时，其其半半径径等等于于毛毛细细管管半半径径，此此时时重重力力与与表面张力相平衡，因而可以从滴落质量计算表面张力相平衡，因而可以从滴落质量计算 。测定落滴质量测定落滴质量滴重法，滴重法，测定落滴体积测定落滴体积滴体积法。滴体积法。化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University（三）拉脱法（三）拉脱法也也叫叫拉拉环环法法、环环形形法法、环环法法。测测量量一一已已知知周周长长的的金金属属圆圆环环（或或金金属属片片）从从待待测测液液体体表表面面拉拉出出时时的的最最大大拉拉
14、力力和和圆圆环的内外半径，可求得表面张力。环的内外半径，可求得表面张力。（四）液滴外形法、振动射流法（四）液滴外形法、振动射流法液液滴滴外外形形法法常常用用来来测测定定熔熔融融金金属属以以及及界界面面张张力力低低于于10-4 Nm-1体系的表面张力。体系的表面张力。振振动动射射流流法法主主要要用用于于测测定定新新生生成成表表面面的的表表面面张张力力，即动态表面张力。即动态表面张力。化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University参考文献参考文献1.陈六平，邹世春，现代化学实验与技术，北京，科学出版社，2007年，270页2.复旦大学等编，庄继华等修订，物理化学实验，第三版，北京，高等教育出版社，2004年，131页3.傅献彩等，物理化学（下册），第五版，北京，高等教育出版社，2006年，313页化学国家级实验教学示范中心化学国家级实验教学示范中心Northwest University1.温度变化对表面张力有何影响？温度变化对表面张力有何影响？2.测测定定中中如如果果毛毛细细管管末末端端插插入入溶溶液液内内部部对对 有有何何影影响？为什么？响？为什么？3.哪哪些些因因素素会会影影响响表表面面张张力力的的测测量量结结果果？如如何何降降低低这这些些因素的影响？因素的影响？七、思考题七、思考题
