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溶液表面张力的测定（拉环法）

一实验目的

（1）了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系。

（2）通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附

量和乙醇分子的横截面积，掌握拉环法测定表面张力的原理和技术。

二实验原理

（1）表面张力

在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的吉布斯

自由能的增值称为表面吉布斯自由能（Jm·），用γ表示。也可以看

-2

作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（Nm·）。位

-1

表面层上分子比同数量内层分子引起体系自由能的增加量称为比表

面自由能。比表面和表面张力在数值和量纲上一致，故常用表面张力

度量比表面自由能。

（2）影响表面张力的因素

液体的表面张力与温度有关，温度越高，表面张力越小。液体的

表面张力与液体的浓度有关，在溶剂中加入溶质，表面张力就会发生

变化。

（3）表面张力与吸附量的关系

表面张力的产生是由于表面分子受力不均衡引起的，当加入一种

物质后，对某些溶液（包括内部和表面）及固体的表面结构会带来强

烈的影响，则必然引起表面张力的改变。如果溶质加入能降低表面吉

布斯自由能时，边面层溶质浓度比内部大；反之增加表面吉布斯自由

能时，则溶液在表面的浓度比内部小。由此可见，在指定温度和压力

下，溶质的吸附量与溶液的表面张力有关，即吉布斯等温吸附方程：

Γ=-（dγ/dc）（c/RT）

T

其中Γ为溶质的表面超额，c为溶质的浓度，γ为溶液的表面张力

dγdcΓ

a若/＜0，＞0，为正吸附，表面层溶质浓度大于本体溶液，

溶质是表面活性剂。

dγdcΓ

b若/＞0，＜0，为负吸附，表面层溶质浓度小于本体溶液，

溶质是非表面活性剂。

溶液的饱和吸附量：

c/Γ=c/Γ＋1/KΓ

∞∞

分子的截面积：

34

S=1/（ΓL）L=6.02×10

B∞

（4）吊环法测表面张力的原理

测表面张力的方法很多，有毛细管上升法，滴重法，最大气泡压

力法，吊环法等。吊环法是将吊环浸入溶液中，然后缓缓将吊环拉出

溶液，在快要离开溶液表面时，溶液在吊环的金属环上形成一层薄膜，

随着吊环被拉出液面，溶液的表面张力将阻止吊环被拉出，当液膜破

裂时，吊环的拉力将达到最大值。自动界面张力仪将记录这个最大值

P。按照公式校正后，可以得出溶液的表面张力数值γ。校正因子：

（2）1/2

F=0.7250+0.01452P/CD+0.04534-1.679r/R

式中P：界面张力仪显示读数值mNm·

-1

C：铂丝环周长cmR：铂丝环半径cD：溶液的密度

gmL·-1r：铂丝的半径cm

三实验仪器与试剂

JYW—200A自动界面张力仪、5mL吸