表面张力实验报告.docx
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表面张力实验报告.docx
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表面张力实验报告
表面张力实验报告
篇一:
液体表面张力系数测定的实验报告
xx大学实验报告
一【实验目的】
(1)掌握力敏传感器的原理和方法
(2)了解液体表面的性质,测定液体表面张力系数。
二【实验内容】
用力敏传感器测量液体表面的张力系数
三【实验原理】
液体具有尽量缩小其表面的趋势,好像液体表面是一张拉紧了的橡皮膜一样。
这种沿着表面的、收缩液面的力称之为表面张力。
测量表面张力系数的常用方法:
拉脱法、毛细管升高法和液滴测重法等。
此试验中采用了拉脱法。
拉脱法是直接测定法,通常采用物体的弹性形变(伸长或扭转)来量度力的大小。
液体表面层内的分子所处的环境跟液体内部的分子不同。
液体内部的每一个分子四周都被同类的其他分子所包围,他所受到的周围分子合力为零。
由于液体上方的气象层的分子很少,表层内每一个分子受到的向上的引力比向下的引力小,合力不为零。
这个力垂直于液面并指向液体内部。
所以分子有从液面挤入液体内部的倾向,并使得液体表面自然收缩,直到处于动态平衡。
假如在液体中浸入一块薄钢片,则钢片表面附近的液面将高于其它处的,如图1所示。
由于液面收缩而产生的沿切线方向的力Ft称之为表面张力,
角φ称之为接触角。
当缓缓拉出钢片时,接触角φ逐渐的减小而趋于零,因此Ft方向垂直向下。
在钢片脱离液体前诸力平衡的条件为
F=mg+Ft
(1)
其中F是将薄钢片拉出液面的时所施加的外力,mg为薄钢片和它所沾附的液体的总重量。
表面张力Ft与接触面的周长2(l+d)成正比,故有Ft=2σ(l+d),式中比例系数σ称之为表面张力系数,数值上等于作用在液体表面单位长度上的力。
将Ft代入式
(1)中得
?
?
?
?
?
?
?
?
?
((?
?
+?
?
)
当用环形丝代替薄钢片做此实验时,设环的内外直径为D1、D2,当它从液面拉脱瞬间传感器受到的拉力差f=F–mg=π(D1+D2)σ,此时
?
?
=
(2)
?
?
(?
?
?
?
+?
?
?
?
)
只要测出力f和环的内外直径,将它们代入式(3),即可算出液体的表面张力系数σ。
式中各量的单位统一为国际单位。
?
?
=
?
?
(3)
四【实验仪器】
(1)FD—NST—B液体表面张力系数测定仪。
(2)砝码六个,每个质量0.500g
五【实验步骤】
(1)
(2)(3)(4)(5)
开机预热。
清洗玻璃器皿和吊环。
在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。
将砝码盘挂在力敏传感器上,对力敏传感器定标。
挂上吊环,测定液体表面张力系数。
当环下沿全部浸入液体内时,转动升降台的螺帽,使液面往下降。
记下吊环拉断液面瞬间时的电压表的读数U1,拉断后瞬间电压表的读数U2。
则f=(U1-U2)/B
六【实验注意事项】
(1)轻轻挂上吊环,必须调节好水平。
(2)在旋转升降台时,尽量是液体的波动要小。
(3)工作室不宜风力较大,以免吊环摆动致使零点波动,所测系数不准确。
七【数据记录与处理】
(2)水的表面张力测定
(3)最小二乘法求灵敏度
应用最小二乘法程序直线拟合得:
B=3.14(4)计算水的表面张力
表面张力
(V/N)
?
?
=
表面张力系数?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
?
=1.83×?
?
?
?
?
?
?
(N)
×?
?
?
?
?
?
?
)/[π×(3.31×?
?
?
?
?
?
?
)+(3.50×?
?
?
?
?
?
?
)]
=
?
?
(?
?
?
?
+?
?
?
?
)
=8.56×?
?
?
?
?
?
?
(N/m)
八【实验参考书】
大学物理实验﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒张怀作著
XX文库—物理实验﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒﹒辽宁大学物理组
九【实验小结】
本次实验中,在老师的耐心指导下,我成功的完成拉此次实验.做完这实验自己懂得了不少的知识,了解了液体表面张力的一些性质,也明白了一些自然现象,如泡沫的形成,露珠为什么是球形等。
这次实验做的挺成功的,我想成功主要原因有以下几点。
第一,在实验前认真听老师讲解实验有关的知识、步骤、细节、注意事项等内容。
第二,课前认真预习了实验《液体表面张力系数测定》,对于实验的基本原理、实验的操作方法以及实验时所注意的细节都有了一定的了解,这样在做实验时就不会手足无措。
现在也真正的理解了老师当时对我们所讲的“预习对于做实验很重要”这句话。
篇二:
物化实验报告-表面张力的测定
溶液中的吸附作用和表面张力的测定
一、实验目的
1、掌握最大气泡法和滴重法测定表面活性物质正丁醇的表面张力,并且利用Gibbs吸附公式和Langmuir吸附等温式测定正丁醇分子的横截面积。
2、训练学生利用毛细管和数字式微压测量仪以及滴重管测定表面张力的方法,并通过曲线及直线
拟合处理得到不同数据。
3、培养学生在实验中严谨的实验作风和态度,并对学生的科研兴趣进行初步的指导。
二、实验原理
1.物体表面分子和内部分子所处的境遇不同,表面层分子受到向内的拉力,所以液体表面都有自动缩小的趋势。
如果把一个分子由内部迁移到表面,就需要对抗拉力而做功。
在温度、压力和组成恒定时,可逆地表面增加dA所需对体系做的功,叫表面功,可以表示为:
?
?
W?
?
?
dA
式中σ为比例常数。
σ在数值上等于当T、p和组成恒定的条件下增加单位表面积所必须对体系做的可逆非膨胀功,也可以说是每增加单位表面积时体系自由能的增加值。
环境对体系作的表面功转变为表面层分子比内部分子多余的自由能。
因此,σ称为表面自由能,其单位是焦耳每平方米(J/m2)。
若把σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力,通常称为表面张力。
从另外一方面考虑表面现象,特别是观察气液界面的一些现象,可以觉察到表(本文来自:
WwW.xiaOCaofAnweN.Com小草范文网:
表面张力实验报告)面上处处存在着一种张力,它力图缩小表面积,此力称为表面张力,其单位是牛顿每米(N/m)。
表面张力是液体的重要特性之一,与所处的温度、压力、浓度以及共存的另一相的组成有关。
纯液体的表面张力通常是指该液体与饱和了其本身蒸气的空气共存的情况而言。
2、纯液体表面层的组成与内部层相同,因此,液体降低体系表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。
对于溶液则由于溶质会影响表面张力,因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。
根据能量最低原则,溶质能降低溶剂的表面张力时,表面层中溶质的浓度应比溶液内部来得大。
反之溶质使溶剂的表面张力升高时,它在表面层中的浓度比在内部的浓度来得低,这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫“吸附”。
显然,在指定温度和压力下,吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度有关,Gibbs用热力学的方法推导出它们之间的关系式:
?
?
?
c?
d?
?
?
?
RT?
dc?
T
式中Γ为表面超量(mol/m2);σ为溶液的表面张力(J/m2);T为热力学温度;c为溶液浓度(mol/m3);R为气体常数。
?
d?
?
?
d?
?
?
?
0?
0当?
时,称为正吸附;反之当?
?
?
?
0时,?
?
0称为负吸附。
前者表明
dcdc?
?
T?
?
T
加入溶质使液体表面张力下降,此类物质称表面活性物质。
后者表明加入溶质使液体表面张力升高,
此类物质称非表面活性物质。
因此,从Gibbs关系式可看出,只要测出不同浓度溶液的表面张力,以σ~c作图,在图的曲线上作不同浓度的切线,把切线的斜率代入Gibbs吸附公式,即可求出不
同浓度时气~液界面上的吸附量Γ。
在一定的温度下,吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir等温式表示:
?
?
?
?
Kc1?
Kc
式中?
?
为饱和吸附量,K为经验常数,与溶质的表面活性大小有关。
将上式化成直线方程则:
c?
?
c?
?
?
1K?
?
若以
c?
~c作图可得一直线,由直线斜率即可求出?
?
。
假若在饱和吸附的情况下,在气~液界面上铺满一单分子层,则可应用下式求得被测物质的横截面积S0。
S0?
1?
?
?
N
?
式中N为阿佛加德罗常数。
实验方法分为两种:
最大气泡法和滴重法
(一)、最大气泡法
表面张力仪中的毛细管与待测液体面相切时,液面即沿毛细管上升。
打开分液漏斗的活塞,使水缓慢下滴而减少系统压力,这样毛细管内液面上受到一个比试管中液面上大的压力,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,气泡就从毛细管口逸出,这一最大压力差可由数字式微压测量仪上读出。
其关系式为
p最大=p大气-p系统=?
p
如果毛细管半径为r,气泡由毛细管口逸出时受到向下的总压力为?
rp最大
气泡在毛细管受到的表面张力引起的作用力为2πrσ。
刚发生气泡自毛细管口逸出时,上述压力相等,即
2
?
rp最大?
?
r?
p=2?
r?
?
=
r2r2r2?
p
22
若用同一根毛细管,对两种具有表面张力分别为σ1、σ2的液体而言,则有下列关系:
?
1=
?
p1?
p2
?
2=
?
1
?
p1
=
?
2
?
p2
?
1=
?
2?
p1
?
p2
=K?
p1
(1)
式中K为仪器常数。
因此,以已知表面张力的液体为标准,即可求出其它液体的表面张力。
(二)、滴重法
将一定量的液体吸入滴重管,液体在重力作用下滴落,同时受到向上的表面张力的影响,当所形成液滴刚刚落下时,可以认为这时重力和表面张力相等,因而
mg=2?
r?
式中m为液滴质量;g为重力加速度;r为管端半径;σ为表面张力。
但实际液滴不会全部落下,液体总是发生变形,形成“细颈”,再在“细颈”处断开。
细颈以下液体滴落,其余残留管内。
进行校正后可得
?
?
0
?
FmF0m0
=Vρ/VOρO
(2)
式中m,m0分别为待测液体和标准液体的质量。
利用同一根滴重管可以近似的认为F=F0,在滴重管下面放已称重的干燥的称量瓶,分别滴几滴待测液体和标准液体(滴数相同)并称重,代入上式,即可求得待测液体的表面张力。
三、仪器与药品
仪器:
烧杯2个,试管(附橡皮塞)1个,毛细管(半径为0.15mm~0.020mm)1根,容量瓶(50mL)8只,容量瓶(250mL)1只,数字式微压测量仪1台,移液管3根,称重瓶3个,洗耳球2个。
药品:
正丁醇(分析纯),丙酮(分析纯)。
四、实验步骤
A.最大气泡法
1、洗净仪器并按照实验装置图搭好。
对需干燥的仪器作干燥处理;先利用称量瓶精确称量配制浓度为1.0moL/L的溶液250mL,再分别配制0.02moL/L,0.05moL/L,0.10moL/L,0.15moL/L,0.20moL/L,0.25moL/L,0.30moL/L,0.35moL/L正丁醇溶液各100mL(供一组两名同学共同使用)。
2、记录下实验时温度。
3、仪器常数的测定,先以水为待测液测定其仪器常数。
方法是将干燥的毛细管垂直插到使毛细管的端点刚好与水面相切,打开滴液漏斗,控制滴液速度,使毛细管逸出的气泡,速度约为5s~10s1个。
在毛细管口气泡逸出的瞬间最大压差约在700Pa~800Pa左右(否则需要更换毛细管)。
可以通过手册查出实验温度时水的表面张力,利用公式
(1),求出仪器常数K。
4、待测样品表面张力的测定,用待测溶液洗净试管和毛细管,加入适量样品于试管中,按照仪器常数测定的方法,测定已知浓度的待测样品的压力差,计算其表面张力。
B.滴重法
将滴重管垂直固定在铁架台上,利用洗耳球加乳胶管将水和待测液体吸入滴重管内,至同一高度,然后利用活塞的控制液体的滴速,使其一滴一滴的滴下,每次控制同样的滴数滴入干燥的称量瓶中进行称量,一般为5~10滴(实验中是3+3滴)。
根据公式
(2),利用水的表面张力来测定待测溶液的表面张力。
五、实验注意事项A.最大气泡法:
1、配制溶液时应当计算好溶液所需的量。
因为母液仅有100mL,所以配制溶液时必须节约使用,应当从高浓度向底浓度逐份配制。
2、测定用的毛细管一定要洗干净,而且必须滴加丙酮吹洗后再用电吹风吹干,否则气泡可能不能连续稳定的流过而使压差计读数不稳定。
3、毛细管一定要保持垂直,管口刚好插到与液面接触。
4、在数字式微压测量仪上,应当仔细调节分液漏斗的活塞使得气泡能够尽可能缓慢逸出,然后再读出微压测量仪上的最大压力。
5、每次更换溶液时毛细管必须洗净烘干,千万注意不要将异物吹入毛细管内使其堵塞。
B.滴重法
1、必须保持滴重管的端口平整、光滑,滴重管要始终保持垂直。
2、液面高度,滴速和每次的滴数都要保持相同。
3、活塞或洗耳球都必须要好好控制。
六、实验数据处理
正丁醇质量m=18.2301g,实验温度T=25.0℃
25.0℃时?
水=71.97×10-3N/m,A、最大气泡法
1.由实验结果计算出各份溶液的表面张力σ,并作σ~c曲线。
水的最大压力?
p水=673kPa,
由公式
?
1
?
p1
=
?
水
?
p水
水
得,
?
i=
?
?
p水
?
pi
可求得不同浓度下的?
值,列表如下:
表1不同浓度正丁醇溶液的?
p值以及相应的?
值
(mol/L)0.0197c
(kPa)602?
p
0.0492561
6.00×10
-2
0.0984503
5.38×10
-2
0.148473
5.06×10
-2
0.197429
4.59×10
-2
0.246403
4.31×10
-2
0.295372
3.98×10
-2
0.344345
3.69×10
-2
?
(N/m)
6.44×10
-2
由表1数据作图得:
篇三:
表面张力的测定实验报告
浙江万里学院生物与环境学院
化学工程实验技术实验报告
实验名称:
溶液表面张力的测定
(1)实验目的
1、掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术
2、通过对不同浓度正丁醇溶液表面张力的测定,加深对表面张力、表面自由能和表面吸附量关系的理解
3、学习使用Matlab处理实验数据
(2)实验原理
1、表面自由能:
从热力学观点看,液体表面缩小是一个自发过程,这是使
体系总的自由能减小的过程。
如欲使液体产生新的表面?
A,则需要对其做功。
功的大小应与?
A成正比:
-W=?
?
A
2、溶液的表面吸附:
根据能量最低原理,溶质能降低溶液的表面张力时,表面层中溶
质的浓度应比溶液内部大,反之,溶质使溶液的表面张力升高时,它在表面层中的浓度比在内部的浓度低。
这种表面浓度与溶液里面浓度不同的现象叫“吸附”。
显然,在指定温度和压力下,吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。
Gibbs用热力学的
?
?
?
?
?
?
?
0
c?
?
()T
(1)当?
?
c?
T方法推导出它们间的关系式?
?
?
时,?
>0,溶质能减RT?
c
少溶剂的表面张力,溶液表面层的浓度大于内部的浓度,称为正吸附,此类物质叫表
?
?
?
?
?
?
?
0?
c?
T
面活性物质。
(2)当?
时,?
层的浓度小于内部的浓度,称为负吸附,此类物质叫非表面活性物质。
由
?
?
?
c?
?
()T
RT?
c可知:
通过测定溶液的浓度随表面张力的变化关系可以求得不同浓
度下溶液的表面吸附量。
3、饱和吸附与溶质分子的横截面积:
吸附量?
浓度c之间的关系,有Langmuir
等温方程式表示:
?
?
?
?
K·c
1?
K·c
4、最大泡压法:
(3)实验装置与流程:
将燃烧热实验的主要设备、仪器和仪表等
按编号顺序添入图下面相应位置:
图11-4最大气泡法测表面张力装置
1.2.34.5.6
(4)简述实验所需测定参数及其测定方法:
1、测定各浓度试剂在25℃的压强,2、根据?
/?
P=K,可用蒸馏水的压强差求出K值,也就是毛细管常数。
3、根据?
/?
P=K,可求出各浓度的?
值。
4、通过excel作?
?
c图,作图,可根据Г∞=1/K,求出饱和吸附量的值。
c
-c?
(5)实验操作要点:
溶液浓度的准确性和所用毛细管、恒温套管的清洁程度。
因此除事先用热的洗液清洗它们以外,每改变一次测量溶液必须用待测的溶液反复洗涤它们,以保证所测量的溶液表面张力与实际溶液的浓度相一致。
并控制好出泡速度、平稳地重复出现压力差。
而不允许气泡一连串地出。
洗涤毛细管时切勿碰破其尖端,影响测量。
温度对该实验的测量影响也比较大,实验中请注意观察恒温水浴的温度,溶液加入测量管后恒温10min后再进行读数测量。
二、实验操作及原始数据表(20分)
1、记录数据表格:
2、25℃时水的表面张力为?
=71.97×10-3
N·m-1,以
?
/?
P=K求出所使用的毛细管常数。
?
71.97?
10?
3
K===-0.1705?
P?
0.422
三、数据处理结果(30分)
作正丁醇的?
?
c图
作正丁醇吸附等温线
Г∞正丁醇饱和吸附量
Г∞正丁醇饱和吸附量:
Г∞=1/K=1?
0.7372=1.356
正丁醇分子截面积So=1/Г∞N(N为阿佛加得罗常数)。
So=1/Г∞N=0.7372?
6.02?
1023=4.438?
1023
~
~
~
?
2=K×?
P2=-0.1705×-0.470=80.14×10-3N·m-1?
3=K×?
P3=-0.1705×-0.445=75.87×10-3N·m-1?
4=K×?
P4=-0.1705×-0.397=67.69×10-3N·m-1?
5=K×?
P5=-0.1705×-0.378=64.45×10-3N·m-1
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