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1、液体表面张力系数测定的实验报告优质资料(可以直接使用，可编辑 优质资料，欢迎下载）xx大学实验报告课程物理实验实验项目液体表面张力系数的测定成绩专业班级学号实验日期姓名同组人姓名指导教师一【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）
2、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。FtFtFmg图1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，角称之为接触角。当缓缓拉出钢片时，接触角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
3、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 = 2(l+d),式中比例系数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 （2）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 = Fmg =(D1+D2),此时 （3）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。式中各量的单位统一为国际单位。四【实验仪器】（1） FDNSTB 液体表面张力系数测定仪
4、。（2） 砝码六个，每个质量0.500g五【实验步骤】（1） 开机预热。（2） 清洗玻璃器皿和吊环。（3） 在玻璃器皿内放入被测液体并安放在升降台上。（4） 将砝码盘挂在力敏传感器上，对力敏传感器定标。（5） 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】（1）力传感器
5、标定 g=9.749m/s2砝码个数（个）012345电压（+）（mv）10.525.641.156.371.887.0电压（-）（mv）10.225.340.555.971.286.9电压平均（mv）10.425.440.856.171.587.0（2）水的表面张力测定水温：23挂环内径：3.31cm 挂环外径：3.50cm测定次数12345U169.469.268.868.668.5U211.811.711.511.211.3U1-U2=57.4 (mv)（3）最小二乘法求灵敏度传感器电压与受力关系曲线应用最小二乘法程序直线拟合得：B=3.14 (V/N)（4）计算水的表面张力表面张力=1
6、.83 (N)表面张力系数 =(1.83)/(3.31)+(3.50) =8.56 (N/m)八【实验参考书】大学物理实验张怀作著百度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
7、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。正负离子表面活性剂混合体系双水相性质的测定班级：学号：姓名：SDS/ CTAB/ H2O/ Na2SO4系统双水相配制和萃取作用The Aqueous Two-phase Preparation of SDS/ CTAB/ H2O/ Na2SO4 System and Extraction摘要：通过配制不同摩尔分数的SDS/ CTAB/ H2O/ Na2SO4混合系统绘制双水相相图并对一定浓度双水相吸光度的测定, 研究了SDS/ CTAB/ H2O/ Na2SO4混合系统双水相对罗丹明B的萃取作用。结果
8、表明: 溶液的准确性和溶液配的配比是能否出现双水相的关键所在，温度对混合体系双水相的稳定性有重要影响。关键词: SDS CTAB 双水相吸光度罗丹明B 萃取1实验原理：正负离子表面活性剂混合系统的水溶液在适当条件下能够形成两个互不相溶的水相系统,这种系统称为表面活性剂双水相系统。由于表面活性剂溶液中的胶束结构在不同的条件下组装形式不同, 这使得表面活性剂双水相系统对物质萃取的选择性具有可调节性。本实验通过研究十二烷基硫酸钠( SDS )/十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)/水混合体系在盐存在时的相行为、双水相分相时间以及双水相对大分子物质罗丹明B的萃取作用, 揭示影响物质在正负离子表面活性剂双水
9、相中分配系数的主要因素。绘制三元相图: 以0. 2 mol N溶液为溶剂, 配制0. 2 mo l SDS 溶液及0. 2molCTAB 溶液。这两种溶液作为纯组分,分别占据三元相图两个顶点, 以0. 2 mol N溶液为另一个顶点。在三元相图上均匀取点, 配制样品, 所有样品于313. 15 K 恒温24 h, 观察现象。液晶( Liquid Crystal-LC) 的微观结构通过恒温偏光显微镜测定。萃取: 将被萃取物与上述其它组分共同配成双水相, 313. 15 K 恒温稳定后, 取上下相稀释成一定浓度, 用分光光度计测其吸光度。其最大吸收波长: 罗丹明B= 553 nm。无盐时, SDS
10、/ CTAB/ H2O 混合系统在40时形成稳定的双水相所需的时间很长, 约48 h。但若上述系统中含有0. 2mol N, 2h 左右即可出现双水相, 双水相达到平衡的时间约为5 h。这表明盐加快了分相速度。图1 为SDS/CTAB/ H2O 系统含0. 2mol N时的拟三元相图。在相图中存在两个ATPS 区, 根据各区表面活性剂配比的差异, 分别称为阴离子双水相区( ATPSa ) 与阳离子双水相区( ATPSc) 。偏光实验证实, 双水相区与液晶区有密切的关系, 偏光区或包容ATPS 区或与AT PS 区交错。实验中发现，双水相上相呈现偏光现象, 视为液晶。即使无偏光现象的双水相上相,
11、 曾推测其为立方结构的液晶 7 , 所以可以认为双水相上相具有液晶结构。对于ATPSa 区, 由于阴离子表面活性剂SDS 过量, 混合表面活性剂有序组合的液晶结构带负电;对于ATPSc 区, 阳离子表面活性剂CTAB 过量,混合表面活性剂有序组合的液晶结构带正电。由于两个ATPS 区的双水相组成及微观结构的差异, 它们的萃取分离行为是不同的。图1含0. 2 molL- 1 N的SDS/ CT AB/H 2O/ N系统相行为根据A=kbC，其中k为吸光系数，单位L/(gcm),b为液层厚度（通常为比色皿的厚度），单位cm ， c为溶液浓度，单位mol/l求的分配系数DD=萃取效率E=*100%=
12、 *100%2 实验部分2.1 仪器，作用与试剂。电子天平； 用于准确称量SDS,CTAB并确定稀释倍数 磁力加热搅拌器； 加速溶解721型分光光度计；规格0.5、1.0cm比色皿；测量上下相的吸光度 干燥器； 用于干燥仪器恒温水浴箱； 用于提供环境温度保持温度不变塑料保鲜膜；剪刀；橡皮筋12个； 用于将混合溶液密封圆柱形玻璃小瓶12个； 装混合溶液玻璃棒4根； 搅拌长吸管一支；注射器2支； 分别用于吸取上下水相100ml烧杯14个； 用于混合液体250ml烧杯2个； 用于溶解固体100ml容量瓶2个；500ml容量瓶1个； 用于配精确浓度的溶液5ml移液管2支；10ml移液管2支； 移取溶液
13、刻度尺1把； 测量上下相高度洗耳球1个。 移取溶液，吹走泡沫SDS（分析纯，99%）；CTAB（分析纯，99%）；Na2SO4（分析纯，99%）；10-mol/L罗丹明B；蒸馏水。2.2 实验方法.1 仪器准备将12个100ml小烧杯、2支注射器、比色皿洗涤干净后，放入干燥箱中干燥，备用。.2 溶液配制2.1用电子天平准确称取14.243gNa2SO4固体，于100ml烧杯中加入一定量蒸馏水溶解，将磁子放入，放在磁力加热搅拌器上加热搅拌，使其充分溶解后转移至500mL容量瓶中，加蒸馏水定容、摇匀，得到0.2mol/l的Na2SO4溶液。 2.2 准确称取5.768gSDS粉末，取配好的0.2m
14、ol/l的Na2SO4溶液40-50ml倒入100ml烧杯中，并将烧杯置于磁力加热搅拌器上加热搅拌。缓慢加入SDS，使其溶解。全部溶解后转移至100mL容量瓶中定容，恒温一段时间等泡沫消失得0.2mol/l的SDS溶液备用。.2.3 准确称取7.289gCTAB粉末，按步骤2配制溶液。3 配制双水相.3.1用移液管移取2.4mLSDS和7.6mLCTAB于100mL小烧杯中，再滴加5滴罗丹明B。用玻璃棒快速搅匀，立即倒入圆柱形小瓶中，用塑料保鲜膜及橡皮筋封口，记录样品现象。.3.2迅速将圆柱形小瓶放入恒温箱中恒温2h。.3.3按照步骤1、2依下表比例移取溶液，配制其他11组混合液。并放入40恒
15、温箱中恒温。表1 SDS/CTAB体积比例表序号123456789101112SDS体积/mL2.32.42.52.62.72.87.07.17.27.37.47.5CTAB体积/mL7.77.67.57.47.37.23.02.92.82.72.62.5.3.4观察双水相形成过程，2h后双水相达到平衡，记录下各个小瓶样品现象。4 测定吸光度.4.1取出1个出现双水相的圆柱形小瓶，用直尺测量上下相高度，记作、，然后放入恒温水浴中恒温。.4.2调节分光光度计。打开仪器开关，预热20min。将灵敏度调至1档，波长为553nm，将暗箱盖打开，调节透光率为0。将盛有蒸馏水的比色皿放入暗箱，盖上箱盖，调
16、节透光率为100。再打开箱盖调0，再盖上箱盖调100。反复调节。.4.3用注射器吸取上相中部溶液，若溶液颜色很浅，直接放入0.5cm比色皿中，测其吸光度；若溶液颜色深，较粘稠，则先称量100mL小烧杯中质量，去皮。再将溶液放入，记下质量m1。加一定量蒸馏水稀释，再记下质量m2。将稀释后溶液倒入比色皿中，测其吸光度。吸光度在0.1-0.4之间即可，若吸光度大于0.4，继续稀释至吸光度在0.1-0.4范围内，记录吸光度值，并计算其稀释倍数。.4.4关闭电源，整理仪器。 2.3 实验现象表2 恒温前后实验现象记录序号恒温前现象恒温40后现象恒温50后现象1粉红色悬浊液同实验前无明显变化同实验前无明显
17、变化2粉红色悬浊液同实验前无明显变化同实验前无明显变化3粉红色悬浊液同实验前无明显变化液体分上下两相，上相为红色乳状物且体积较大，下相为澄清溶液体积较小，上下相界面清晰4粉红色悬浊液液体分上下两相，上相为红色乳状物且体积较大，下相为澄清溶液体积较小，上下相界面清晰同405粉红色悬浊液液体分上下两相，上相为红色乳状物且体积较大，下相为澄清溶液体积较小，上下相界面清晰同406粉红色悬浊液同实验前无明显变化同实验前无明显变化7粉红色悬浊液同实验前无明显变化同实验前无明显变化8粉红色悬浊液同实验前无明显变化同实验前无明显变化9粉红色悬浊液同实验前无明显变化同实验前无明显变化10粉红色悬浊液同实验前无明
18、显变化同实验前无明显变化11粉红色悬浊液同实验前无明显变化同实验前无明显变化12粉红色悬浊液同实验前无明显变化同实验前无明显变化1.4实验数据记录与处理表3 出现双水相实验数据记录表序号液层高度/cm稀释倍数n吸光度A萃取率E/%分配率D上相h1下相h2n1n2上相A1下相A2上相E1下相E234.81.19.071.00.2980.08099.330.6733.790744.31.512.681.00.2500.08399.100.9038.199053.32.716.081.00.2550.09898.081.9241.84663 实验结果分析与讨论结果分析：在此次实验的十二个圆柱形小瓶之
19、中，只有CTAB过量的阳离子双水相区中的号小瓶内出现双水相，阴离子双水相区的小瓶没有出现双水相现象，可知在阴离子区的配比选择不合适。测定吸光度时，随着温度下降，液体凝固，其吸光度会变大，所以测其吸光度时要迅速。罗丹明分子中既有亲水基又有疏水基。罗丹明B易于被萃取到ATPS的富表面活性剂相中，所以ATPSa 区与ATPSc区双水相对罗丹明B均具有萃取作用。由于N上的正电荷受两个基团的屏蔽作用，正电作用减弱，相对地羧基上的负电荷作用增强，整个罗丹明B 离子表现为带负电，它更易于同阳离子双水相区带正电的有序组合体结合，所以罗丹明B 在阳离子双水相中的分配系数远远高于在阴离子双水相中分配系数。在阴离子
20、双水相中， 带负电的罗丹明B与带负电的有序组合体间有静电排斥作用，但由于罗丹明B的净负电性很弱，所以这种排斥作用不足以完全克服两者疏水基间的亲和作用，不能使罗丹明B从富表面活性剂相上完全挣脱出来，而只是部分地降低两者之间的结合程度，所以ATPSa 区对罗丹明B仍具有一定的萃取作用，但较ATPSc区较弱。误差分析：1、在溶液配制过程中，液面出现些许泡沫，致使定容的时候液面比较模糊，使配制的实际浓度与理论浓度之间存在误差；转移不完全也会造成误差。在CTAB移取过程中，随着配制时间推移，温度不断降低，黏度越来越大，会有很较大量的残留，使其配制有较大误差。2、实验过程中温度不完全恒定（分想时温度为50
21、度）会给实验结果带来误差。3、在测定吸光度过程中，对上下相的稀释倍数可能对实验结果带来误差。4、在测定吸光度过程中，上相在不同的温度下结果也会不同，同样会造成误差。六、结论：1、温度对混合体系的稳定性有重要影响；溶液配制和移取是造成本次实验失败的主要原因。2、该结果验证了阴离子双水相系统富表面活性剂相有序组合体带负电;阳离子双水相系统富表面活性剂相有序组合体带正电。3、萃取率与分配系数成正比，分配系数越大，萃取率越高。4、表面活性剂的浓度和配比不同，会导致样品区的现象比较复杂。5、物质带负电，其在阳离子表面活性剂混合双水相体系中的分配系数就大。该结果验证了阴离子双水相系统富表面活性剂相有序组合
22、体带负电;阳离子双水相系统富表面活性剂相有序组合体带正电。6、加入盐后形成双水相体系的时间会变短。参考文献 1 Zhao G X, Xiao J X. Aqueous two-ph as e system of the aqueous mixtures of cat ionic-anionic surf act ants J . C olloid Interf Sci, 1996, 177: 5135172 滕弘霓, 陈莉, 刘洪来, 等. 正负离子表面活性剂双水相性质及微观结构的研究 J . 化学学报, 2001, 59( 3) : 383387 3 Kaler E W, Hurringt
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24、s and metal loporphyrin s J .Anal C himica Act a, 1998, 369: 11165 童爱军, 王珊, 周晓芬, 等. 阴阳离子性表面活性剂双水相萃取色氨酸衍生物和牛血清蛋白 J . 分析化学, 1998, 26 ( 5) : 535537 6 高莹, 郑用熙. 表面活性剂的性质及其应用 J . 化学学报, 1996, 54: 5045107 曾云朋, 张华山, 陈震华. 现代化学试剂手册( 第四分册) M .北京: 化学工业出版社, 19898滕弘霓, 刘春华, 刘文光, 刘洪天.刘洪来. 正负离子表面活性剂混合系统双水相的萃取作用 J . 青
25、岛科技大学学报, 2003, 24( 1) : 8119 滕弘霓. 蔺玉胜. 王飞. 李艳伟.SDS/CTAB/H2O的双水相性质及萃取作用 J . 应用化学, 2003, 20(8) : 78378710黄艺雄. 姜蓉. 赵剑曦. 黄长沧.含Gemini成分的正负离子表面活性剂混合体系的双水相 J . 精细化工, 2005, 22（增刊） : 100103液体表面张力系数的测定实验报告模板【实验目的】1了解水的表面性质，用拉脱法测定室温下水的表面张力系数。2学会使用焦利氏秤测量微小力的原理和方法。【实验仪器】焦利秤，砝码，烧杯，温度计，镊子，水，游标卡尺等。【实验原理】液体具有尽量缩小其表面
26、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。表面张力 f 与线段长
27、度 L 成正比。即有：f = L（1）比例系数 称为液体表面张力系数，其单位为m-1。将一表面洁净的长为 L、宽为 d 的矩形金属片（或金属丝）竖直浸入水中，然后慢慢提 起一张水膜，当金属片将要脱离液面，即拉起的水膜刚好要破裂时，则有F = mg + f（2）式中 F 为把金属片拉出液面时所用的力；mg 为金属片和带起的水膜的总重量； f 为表面张力。此时， f 与接触面的周围边界 2（L d ）,代入（2）式中可得 = F mg2( L + d )本实验用金属圆环代替金属片，则有 =F mg (d1 + d2 )式中 d1、d2 分别为圆环的内外直径。【实验步骤】1调“三线对齐”2测量弹簧的
28、倔强系数K3测（Fmg）值。F mg = f = K S代入得K=S (d+ d)124用卡尺测出d1、d2值，将数据即可算出水的值。5. 再记录室温，可查出此温度下蒸馏水的标准值 ，并做比较。四、强调注意事项:1由于杂质和油污可使水的表面张力显著减小，所以务必使蒸馏水、烧杯、金属片保持洁净。2清洁后的用具，切勿用手触摸，应有镊子取出或存放。3测量S时要避免水膜提前破裂，否则实验误差较大，其中引起水膜提前破裂的因素有：桌面的震动，空气的流动，金属圆环底部不水平等。【数据处理】1.用逐差法计算弹簧的倔强系数（实验温度：180C）砝码数增重读数(mm) 减重读数(mm) 平均数(mm)(mm)02
29、46.82246.32246.5749.561255.78254.82255.0550.002264.62264.44264.6150.603275.44275.32275.3850.694284.32285.42284.8749.955296.44295.82296.136305.22304.88305.057315.24315.18315.218326.32325.82326.079334.52335.12334.8250.16=0.9760.4850.584=0.02mm=0.560=0.0102计算液体表面张力次数初始位置S0(mm)水膜破裂时读数Si(mm)S=SiS0(mm)(mm
30、)1245.60247.762.162.052238.82240.701.883231.62233.842.224224.42226.562.145217.48219.321.840.1880.2260.02mm=0.2263.金属环外、内直径的测量(本实验直接给学生结果)平均值(mm)d134.92d233.120.0093计算表面张力系数及不确定度0.4624.表面张力系数的理论值：0.0728【误差分析】1. 定标时砝码盘摇晃，会使传感器受到大于砝码盘（含砝码）重力的力的作用，这会导致测得的电压值偏大，致使定标获得的k过大，导致最后求得的结果偏小2. 如果吊环不水平，则会导致水面在下降过
31、程中，水膜并不是同时破裂，实际作用于吊环 的水膜长度只是吊环周长的一小部分，这会会导致最后求得的结果偏小3. 测定仪测量电压值并不是连续的，需要一定的时间来进行反应，若在水膜即将破裂时水面下降过快，传感器尚未显示出实际的最大电压值， 吊环就已经脱离水面。这样会导致所测得的张力过小，从而导致求得的系数过小；【思考题】1. 用焦利称测量微小力的依据是什么？答：如果我们在砝码托盘上加X克砝码,弹簧伸长了某一长度,细金属杆上镜中的标线即向下移动,此时三线不再重合.转动旋钮使管向上移动,因而细金属杆也随之向上移动.当三线又重合时,在管及管的游标上可读出第二个读数,该读数与第一个读数这差就是弹簧在增加X克
32、重量时所伸长的长度.2金属圆环浸入水中，然后轻轻提起到底面与水面相平时，试分析金属圆环在竖直方向的受力。答：竖直向下的重力，液体表面张力沿竖直方向向下的分力，弹簧拉力3 分析（2）式成立的条件，实验中应如何保证这些条件实现？答：（2）式在欲脱离水膜而又恰未脱离的极限状态时成立，应该保证金属圆环水平拉出水面4 本实验中为何安排测（Fmg），而不是分别测F和mg？答：因为直接测F比较麻烦，而且F改变得较小，可能需要力传感器，实现起来不方便也不简单。5. 本实验影响测量的主要因素有哪些？这些因素使偏大还是偏小？答：实验表明，与液体种类、纯度、温度和液面上方的气体成分有关，液体温度越高a值越小，液体含杂质越多，值越小，只要上述条件保持一定，则是一个常数原始数据：