技术文章 / Technical articles
处于液体表面的分子，由于受到不平衡的力的作用而具有表面张力。它的定义是在表面上垂直作用于单位长度上使表面积收缩的力，它的单位是mN·m－1。
表面张力
的测定方法很多，本实验采用气泡压力法．图1是气泡压力法测表面张力的装置示意图．将毛细管的端面与液面相切，液面即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活塞，让水缓慢地滴下，使毛细管内溶液受到的压力比样品管中液面上来得大．当此压力差在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，毛细管口的气泡即被压出，压差的值可以从数字压力计上读出。
气泡从毛细管口压出时受到的压力为ΔP， ΔP=
gΔh I—8.5
式中：Δh——压力计两臂的读值差;
g——重力加速度；
ρ——压力计内液体的密度，
同时根据附加压力计算公式 ΔP=
I—8.6
式中：σ——表面张力；
r ——毛细管半径，
所以 
整理得 
I—8.7
对于同一支毛细管来说，式中K值为一常数，称为毛细管常数，因此只要用表面张力已知的液体为标准．即可求得其它液体的
表面张力
．(本实验是用20℃σ水=72.75×10-3N/m)
2.实验部分
2.1仪器与试剂
气泡压力法表面张力测定仪一套，超级恒温水浴一台，乙醇(AR.)，环乙烷(AR.)
毛细管升高法测表面张力装置一套，拉片法测定表面张力装置一套。
2.2实验步骤
2.2.1仪器常数测定
(1)超级恒温水浴外循环水管与样品管夹套相连，控制温度为20℃．
(2)洗净表面张力仪的各个部件，按图装好，样品管内装入蒸馏水，通过液面调节阀 使样品管的液面正好与毛细管端面相切．安装时注意毛细管务必与液面相垂直．
(3)测定开始时，打开滴液漏斗活塞进行缓慢抽气，使气泡从毛细管口逸出，调节气泡逸出速度以5～10秒一个为宜，读出压力计示数，重复读三次，取其平均值．
2.2.2待测样品表面张力的测定
(1)加入适量的样品于样品管中，用吸耳球打气的办法用待测样品洗毛细管使毛细管中溶液与样品管中的浓度一致．
(2)按测定仪器常数时的操作步骤，分别测定乙醇溶液和环乙烷的ΔP值．
2.2.3
实验完后关闭超级恒温水浴，用蒸馏水洗净仪器，样品管中装好蒸馏水．并将毛细管浸入水中保存．
2.3数据记录和处理：
2.3.1 气泡压力法测定表面张力数据处理：
|
|
P1(mmH2O) |
P2(mmH2O) |
P3(mmH2O) |
P均(mmH2O) |
T×10-3N·m-1 |
|
水 |
85.7 |
85.4 |
85.1 |
85.40 |
72.75 |
|
乙醇 |
32.2 |
32.2 |
32.3 |
32.23 |
27.46 |
|
正丁醇 |
29.5 |
29.4 |
29.4 |
29.43 |
25.07 |
实验在20℃的超级恒温水浴进行：
根据1-8.7式：
由于水的表面张力已知：
表面张力
系数T=72.75×10-3N·m-1
T乙醇 ＝P均(乙醇)/P均(水)*T＝27.46×10-3N·m-1
T正丁醇＝P均(正丁醇)/P均(水)*T＝25.07×10-3N·m-1
2.3.1 毛细管升高法
|
样品 |
升高高度(cm) |
平均升高高度 (cm) |
表面张力系数 (×10-3N·m-1) |
||
|
1 |
2 |
3 |
|||
|
水 |
2.2 |
2.2 |
2.3 |
2.23 |
72.75 |
|
乙醇 |
0.9 |
0.8 |
0.8 |
0.833 |
21.50 |
|
正丁醇 |
0.7 |
0.7 |
0.6 |
0.667 |
17.68 |
查表得到水在20℃下
表面张力系数T=72.75×10-3N·m-1
密度ρ=0.99823×103kg·m-3
重力加速度g=9.81m·s-2
根据式:
T=0.5ρgr(h1+r/3)
查表得到乙醇在20℃的密度ρ=0.78945×103kg·m-3
乙醇在20℃的表面张力系数T=21.50×10-3N·m-1
正丁醇在℃的密度ρ=0.81090×103kg·m-3
得到正丁醇在20℃的表面张力系数T=17.68×10-3N·m-1
2.3.3拉片法
所用的片面积：3.42cm*1.40cm
|
|
F1 |
F2 |
F3 |
F均 |
T |
|
水 |
0.484 |
0.4862 |
0.489 |
0.4864 |
72.75 |
|
乙醇 |
0.1583 |
0.1592 |
0.1612 |
0.1596 |
23.87 |
|
正丁醇 |
0.1744 |
0.1749 |
0.1757 |
0.1750 |
26.17 |
3.结果与讨论
3.1 乙醇的表面张力系数理论值T=22.32×10-3N·m-1，正丁醇的表面张力系数T=24.60×10-3N·m-1，从实验结果可以看出，气泡压力法测定的表面张力与文献值有比较大的差距。造成的原因可能有毛细管没有与液面相切，放置时没有垂直液面，导致形成的气泡压力不稳定无法稳定测量。另外实验测试的数据只有一组，偶然性质太大，没有更多的数据来进行对比，令我们无法判断实验是否正常进行。
3.2 毛细管升高法测量法的理论上的精度比较高，但在本次实验并未表现其性。主要原因是没有读取毛细管升高高度的相应的仪器，导致人为的读数误差极大的影响了测量值。
3.3 拉片法测量值是理论值，但是实验的偶然性太大，个人的操作好坏直接影响测量值，实验的重现性差。
3.4 实验中为了更好的进行比较忽略了温度的影响，统一使用20摄氏度下的物质各项数值，可能与实验的实测值有一定的偏差。
4.参考文献
[1][苏]N C 拉甫罗夫主编.胶体化学实验.赵振国译，徐克敏校.北京:高等教育出版社，1992.19~20
[2]清华大学化学系物理化学编写组.物理化学实验.北京:清华大学出版社，1991.287
[3]武汉大学化学与分子科学学院编.物理化学实验.武汉大学出版社,2002
[4]汪存信,宋昭华,屈松生.物理化学.武汉大学出版社,1997
