李紹芃，陳曉童，呂　剛

(1.山東省泰安市第一中學，山東 泰安　271018；2.山東省泰安市第二中學，山東 泰安　271018；3.山東農業(yè)大學,山東 泰安　271018)

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*通訊聯系人

表面張力系數隨氯化鈉離子濃度的變化規(guī)律實驗研究

李紹芃1，陳曉童2，呂剛3*

(1.山東省泰安市第一中學，山東 泰安271018；2.山東省泰安市第二中學，山東 泰安271018；3.山東農業(yè)大學,山東 泰安271018)

摘 要：液體表面張力系數是表征表面張力大小的重要物理量，它的存在可以解釋物質處于液態(tài)時所特有的許多現象。本文使用拉脫法測定不同濃度氯化鈉(NaCl)溶液的表面張力系數，實驗結果表明表面張力系數伴隨NaCl濃度的增加而變大。

關鍵詞：表面張力系數；NaCl；離子濃度；拉脫法

表面張力的存在形成了一系列日常生活中可以觀察到的特殊現象，例如在池塘的水面上小飛蟲能輕易的漂浮其上并能自由行走，肥皂泡現象等。液體表面張力系數是表征表面張力大小的物理量[1-3]，是討論液體表面現象、了解液體性質的重要物理參量。在醫(yī)學工程、化學研究中有重要研究意義。測量液體的表面張力系數有多種方法，拉脫法是常用方法之一[4,5]。該方法的特點是用秤量儀器直接測量液體的表面張力，測量方法直觀，概念清楚。通過液體表面張力系數的測定，了解影響表面張力系數測定的因素，掌握拉脫法測定表面張力系數的原理和技術，觀察不同濃度NaCl水溶液的表面張力，計算表面張力系數。

1實驗研究

1.1儀器材料

FD-NST-I型液體表面張力系數測定儀，鋁吊盤，鋁吊環(huán)，砝碼，鑷子，量筒，培養(yǎng)皿，燒杯，攪拌棒，電子稱，溫度計，鐵架臺，蒸餾水，96%的NaCl分析純度。

1.2測量原理

將一表面潔凈的金屬環(huán)緩緩浸入水中，使環(huán)底邊保持水平，然后輕輕提起。當緩慢向上提拉金屬環(huán)時，由于表面張力作用，金屬環(huán)上掛有兩層水膜，金屬環(huán)附近的液面將呈現由兩個水膜構成的同軸柱面。此時，表面張力f垂直向下，其大小與金屬環(huán)的周長l成正比，故有

f=απ(d1+d2)

(1)

式中，d1、d2分別是金屬環(huán)的內徑和外徑。

(2)

2結果與討論

我們采用拉脫法對不同水樣進行表面張力系數的測定。樣品為超純水以及離子濃度分別為1 mol/L，1.5 mol/L，2 mol/L，2.5 mol/L和3 mol/L的NaCl水溶液。在室溫為26 ℃時，經過一系列測量，總結歸納了表面張力系數隨濃度變化的具體規(guī)律。

首先進行了力敏傳感器靈敏度的測量，測量數據如表1所示。

表1　靈敏度測量數據分析表

圖1　靈敏度的測量

樣品編號最大電壓測量值(mV)平均值(mV)表面張力系數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　第二次最大電壓值的測量

圖2　第一次最大電壓測量值變化趨勢

圖3　第二次最大電壓測量值變化趨勢

圖2和圖3分別是對第一次和第二次數據采集過程的擬合圖，可以看出圖2中的最大電壓數值變化幅度較大，且由表2計算得到的NaCl溶液的表面張力系數可以看出，其數值隨溶液濃度的變化規(guī)律不明顯。于是我們逐個分析了可能影響實驗結果的操作因素：(1)比如在拉起吊環(huán)時速度太快，導致儀器顯示數值不穩(wěn)定；(2)用手擰升降螺絲時一定要用力平穩(wěn)，不能使玻璃器皿晃動。(3)盡量每次測量都使吊環(huán)的浸入深度一樣，從而使水膜高度相同。改進了以上三點操作后，得到了表3的數據，并擬合出圖3的過程曲線。發(fā)現計算出的NaCl溶液的表面張力系數確實規(guī)律明顯，會伴隨溶液濃度的增加而變大。

圖4　兩組表面張力系數隨濃度的變化趨勢

圖4是兩次測量得到的表面張力系數隨溶液濃度增大的變化趨勢圖。當在純溶液中加入雜質是體系的表面張力會發(fā)生相應的變化。當雜質為

表面非活性物質NaCl時，當溶質的濃度增加，表面張力系數呈非線性增大，但增加幅度越來越小。當然，也有報道稱[6]，肥皂水的表面張力系數大大低于純凈水，增加肥皂水濃度，其表面張力系數減小，但減小幅度不大。

參考文獻：

[1]沈元華，陸申龍.基礎物理實驗[M].北京：高等教育出版社，2003：116-119.

[2]賈玉潤，王公冶，凌佩玲.大學物理實驗[M].上海：復旦大學出版社，1987：137-140.

[3]萬春華.大學物理實驗[M].南京：南京大學出版社，1994：112-121.

[4]焦麗風，陸申龍.用力敏傳感器測量液體表面張力系數[J].物理實驗，2002，22(7)：40-42.

[5]李福星，王昌軍.雜質濃度變化對液體表面張力系數影響的實驗研究[J].醫(yī)用物理，2010(23)：98-99.

[6]朱瑜，盧飛政.不同吊環(huán)組合對液體表面張力系數測量的影響[J].大學物理實驗，2014，27(6)：67-70.

[7]冷文勇，等.利用自制裝備測量液體表面張力系數[J].大學物理實驗，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

中圖分類號：O 241.1

文獻標志碼：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.001.002

文章編號：1007-2934(2016)01-0008-03

收稿日期：2015-10-01