实验五　温度对纯水表面张力的影响规律

一、实验目的

1.熟练运用纯液体表面张力的测定方法。

2.了解并验证实验温度对表面张力的影响规律。

二、实验原理

液体表面张力与温度关系的研究虽已有一个多世纪之久，但尚无准确的理论关系。在实验探索过程中，人们已建立了一些经验关系，在一定范围内可以比较准确地描述温度与表面张力之间的经验规律结果，也可满意地用于内插法数据处理[1]。最简单的经验公式是：

γ=γ0（1-bT）　　（1）

式中，T为热力学温度，K；γ0和b为随体系不同而变化的经验常数。由于在液体临界温度时气-液界面将不存在，这时表面张力应该为零，故γ-T关系可用对比温度表示：

式中，Tc为液体临界温度。考虑到一般液体在低于临界温度时表面张力已经为零，所以Ramsay和Shields建议改用下列经验公式：

式中，M为分子量；υ为比容；k为常数。van der Waals从热力学角度将式（2）改写为式（4）：

实际上，式（1）至式（4）都只能代表一定温度范围内、某些液体的表面张力与温度之间的关系规律。也有学者建议，用多项式来代表表面张力随温度变化的实验结果，一般形式为：

γ=γ0+aT+bT2+cT3+…　　（5）

具有代表性的结果是，Harkins提出的水的表面张力随温度变化的关系：

式中，t为摄氏温度，℃；此经验公式适用的温度范围是10～60℃。

三、实验仪器和试剂

本实验所用试剂为纯水。

本实验所用测量纯水表面张力的实验方法可以参照本书实验一至实验三所列方法的任意一种。因此，所用实验仪器可以参照本书实验一至实验三所列仪器和装置。

四、实验步骤

1.按照本书“实验一”至“实验三”中任一项目所列仪器和装置准备好实验仪器，并参照相应实验步骤测量纯水的表面张力。

2.按照实验室温度条件，改变实验温度，在10～60℃温度范围内设置7至11个温度试验点，测定不同温度下纯水的表面张力。

3.每个温度试验点纯水的表面张力重复测定3次以上，控制所得表面张力测量值的误差范围不超过±0.5mN·m-1。

五、数据记录与处理

1.根据实验数据，作表面张力与温度关系图，并按照Harkins公式形式数学拟合表面张力与温度之间的多项式方程。

2.根据实验数据拟合所得多项式方程，另取三个非实验温度获得纯水的表面张力数值，分别与Harkins公式计算值相比较，计算相对误差并分析讨论误差的原因。

六、思考题

1.查阅文献，归纳温度对液-液界面张力的影响规律。

2.本实验过程中影响测定结果准确性的因素有哪些？

七、参考文献

［1］拉甫罗夫.胶体化学实验.赵振国译.北京：高等教育出版社，1992.