表面张力系数随氯化钠离子浓度的变化规律实验研究

李绍芃，陈晓童，吕　刚

(1.山东省泰安市第一中学，山东 泰安　271018；2.山东省泰安市第二中学，山东 泰安　271018；3.山东农业大学,山东 泰安　271018)



*通讯联系人

表面张力系数随氯化钠离子浓度的变化规律实验研究

李绍芃1，陈晓童2，吕刚3*

(1.山东省泰安市第一中学，山东 泰安271018；2.山东省泰安市第二中学，山东 泰安271018；3.山东农业大学,山东 泰安271018)

摘 要：液体表面张力系数是表征表面张力大小的重要物理量，它的存在可以解释物质处于液态时所特有的许多现象。本文使用拉脱法测定不同浓度氯化钠(NaCl)溶液的表面张力系数，实验结果表明表面张力系数伴随NaCl浓度的增加而变大。

关键词：表面张力系数；NaCl；离子浓度；拉脱法

表面张力的存在形成了一系列日常生活中可以观察到的特殊现象，例如在池塘的水面上小飞虫能轻易的漂浮其上并能自由行走，肥皂泡现象等。液体表面张力系数是表征表面张力大小的物理量[1-3]，是讨论液体表面现象、了解液体性质的重要物理参量。在医学工程、化学研究中有重要研究意义。测量液体的表面张力系数有多种方法，拉脱法是常用方法之一[4,5]。该方法的特点是用秤量仪器直接测量液体的表面张力，测量方法直观，概念清楚。通过液体表面张力系数的测定，了解影响表面张力系数测定的因素，掌握拉脱法测定表面张力系数的原理和技术，观察不同浓度NaCl水溶液的表面张力，计算表面张力系数。

1实验研究

1.1仪器材料

FD-NST-I型液体表面张力系数测定仪，铝吊盘，铝吊环，砝码，镊子，量筒，培养皿，烧杯，搅拌棒，电子称，温度计，铁架台，蒸馏水，96%的NaCl分析纯度。

1.2测量原理

将一表面洁净的金属环缓缓浸入水中，使环底边保持水平，然后轻轻提起。当缓慢向上提拉金属环时，由于表面张力作用，金属环上挂有两层水膜，金属环附近的液面将呈现由两个水膜构成的同轴柱面。此时，表面张力f垂直向下，其大小与金属环的周长l成正比，故有

f=απ(d1+d2)

(1)

式中，d1、d2分别是金属环的内径和外径。

(2)

2结果与讨论

我们采用拉脱法对不同水样进行表面张力系数的测定。样品为超纯水以及离子浓度分别为1 mol/L，1.5 mol/L，2 mol/L，2.5 mol/L和3 mol/L的NaCl水溶液。在室温为26 ℃时，经过一系列测量，总结归纳了表面张力系数随浓度变化的具体规律。

首先进行了力敏传感器灵敏度的测量，测量数据如表1所示。

表1　灵敏度测量数据分析表

图1　灵敏度的测量

样品编号最大电压测量值(mV)平均值(mV)表面张力系数α(×10-2Nom-1)1(1mol/L)36.536.836.336.536.536.526.502(1.5mol/L)36.039.238.938.437.037.906.743(2mol/L)42.442.742.041.441.341.967.474(2.5mol/L)37.437.738.038.539.337.906.745(3mol/L)40.640.640.540.640.540.567.22

表3　第二次最大电压值的测量

图2　第一次最大电压测量值变化趋势

图3　第二次最大电压测量值变化趋势

图2和图3分别是对第一次和第二次数据采集过程的拟合图，可以看出图2中的最大电压数值变化幅度较大，且由表2计算得到的NaCl溶液的表面张力系数可以看出，其数值随溶液浓度的变化规律不明显。于是我们逐个分析了可能影响实验结果的操作因素：(1)比如在拉起吊环时速度太快，导致仪器显示数值不稳定；(2)用手拧升降螺丝时一定要用力平稳，不能使玻璃器皿晃动。(3)尽量每次测量都使吊环的浸入深度一样，从而使水膜高度相同。改进了以上三点操作后，得到了表3的数据，并拟合出图3的过程曲线。发现计算出的NaCl溶液的表面张力系数确实规律明显，会伴随溶液浓度的增加而变大。

图4　两组表面张力系数随浓度的变化趋势

图4是两次测量得到的表面张力系数随溶液浓度增大的变化趋势图。当在纯溶液中加入杂质是体系的表面张力会发生相应的变化。当杂质为

表面非活性物质NaCl时，当溶质的浓度增加，表面张力系数呈非线性增大，但增加幅度越来越小。当然，也有报道称[6]，肥皂水的表面张力系数大大低于纯净水，增加肥皂水浓度，其表面张力系数减小，但减小幅度不大。

参考文献：

[1]沈元华，陆申龙.基础物理实验[M].北京：高等教育出版社，2003：116-119.

[2]贾玉润，王公冶，凌佩玲.大学物理实验[M].上海：复旦大学出版社，1987：137-140.

[3]万春华.大学物理实验[M].南京：南京大学出版社，1994：112-121.

[4]焦丽风，陆申龙.用力敏传感器测量液体表面张力系数[J].物理实验，2002，22(7)：40-42.

[5]李福星，王昌军.杂质浓度变化对液体表面张力系数影响的实验研究[J].医用物理，2010(23)：98-99.

[6]朱瑜，卢飞政.不同吊环组合对液体表面张力系数测量的影响[J].大学物理实验，2014，27(6)：67-70.

[7]冷文勇，等.利用自制装备测量液体表面张力系数[J].大学物理实验，2014，27(3)：36-38.

Experimental Study on the Changing of Surface Tension Coefficient with NaCl Ion Concentration

LI Shao-peng1,CHEN Xiao-tong2,LV Gang3*

(1.Shandong Taian No.1 Senior High School,Shandong Taian 271018；2.Shandong Taian No.2 Middle School,Shandong Taian 271018；3.Shandong Agricultural University,Shandong Taian 271018)

Abstract：Liquid surface tension coefficient is an important physical quantity of surface tension,and the determination by abruption.Experimental results show the surface tension coefficient becomes greater with the increases of NaCl ion concentration.

Key words：surface tension coefficient；NaCl；ion concentration；pull-off method

中图分类号：O 241.1

文献标志码：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.001.002

文章编号：1007-2934(2016)01-0008-03

收稿日期：2015-10-01