溶液中的吸附作用和表面张力的测定

一、实验目的 1、 了解表面张力的性质，表面能的意义以及表面张力和吸附的关系。 2、 掌握一种测定表面张力的方法——最大气泡法。 二、实验原理 物质表面层的分子与体相中的分子由于所处的力场不同，在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面增加dA需对体系做功，该功称为表面功。环境对体系作的表面功转变为表面层分子比体相分子多余的自由能，该自由能称为表面自由能。两者的关系可以表示为： （1） 式中 称为表面自由能，其单位是J·m-2。从另一方面考虑，也可把 看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力，其单位是N·m-1。表面张力是液体的重要特性之一，与所处的温度、压力、浓度以及共存的另一相的组成有关。 测定液体表面张力的常用方法有鼓泡法、滴重法、毛细管上升法、拉环法等，本实验采用鼓泡法（也称最大气泡法），其主要原理如下： 最大气泡法测定表面张力装置图 1-烧杯；2-滴液漏斗；3-数字式微压差测量仪；4-恒温槽；5-带有支管的试管；6-毛细管 如图所示，当表面张力仪毛细玻璃管底端与待测液面相切时，如果该液体能润湿管壁，液面即沿毛细管上升，这是由于表面张力的作用引起的。反之，要在液面下鼓出气泡，则需使毛细管内的压力比毛细管外液面的压力大△p以克服气泡的表面张力。 （2） 式中△p为附加压力， 为液体表面张力，r为气泡的曲率半径。 开启滴液漏斗的活塞，相当于缓慢抽气，此时毛细管内液面上受到一个比试管内液面上大的压力。当气泡刚在毛细管口形成时，表面几乎是平的，r最大。随着气泡的形成，r逐渐变小，呈半球形时，曲率半径r与毛细管半径r’相等，r达最小值，此时附加压力值达最大值 。如果气泡继续增大，r又变大，所需附加压力则变小，此时气泡逸出。 若用同一根毛细管，对两种具有表面张力分别为 的液体，则有下列关系： （3） 最大压力差△pm可由数字式微压差测量仪上读出。同样，若采用U型压力计，因为： （4） 式中 为液体密度，△hm可由U型压力计测量得到。若用同一支毛细管和压力计，对于表面张力分别为 和 的液体而言，则有下列关系式： （5） 以已知表面张力 的液体作 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ，用式（3）或（5）可求得其它液体的表面张力 。 纯液体表面层与本体组成相同，在温度、压力一定时，表面张力是一定值，液体降低体系表面能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。对于溶液，由于溶质会影响表面张力，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面能。若溶质能使溶剂的表面张力升高，为了降低该类物质的这种影响，使溶液的表面张力升高得少一些，这类物质会自动地减小在表面的浓度，表面层的浓度低于本体浓度；若溶质能降低溶剂的表面张力，则表面层的浓度会高于本体浓度。这种溶质在表面层的浓度与在本体的浓度不同的现象称为吸附。在单位面积的表面层中，所含溶质的物质的量与同量溶剂在溶液本体中所含溶质的物质的量的差值，称为表面吸附量，用符号 表示，单位为mol·m-2。在温度、压力一定时，表面吸附量与溶液的表面张力及浓度关系可由下式表示： （6） （6） 式称为Gibbs吸附等温方程。在一定温度下，测定不同浓度c的乙醇溶液的表面张力 ，并作 —C图，据此式即可求不同浓度时的吸附量Γ。 3、 仪器与药品 恒温装置1套；烧杯（25mL）1个；带有支管的试管（附木塞）1支；毛细管（半径为0.15～0.020mm）1根；容量瓶（50mL）8只；数字式微压差测量仪1台。 4、 实验步骤 1、 对需要干燥的仪器作干燥处理，分别配制0.02mol/L、0.05mol/L、0.10mol/L、0.15mol/L、0.20mol/L、0.25mol/L、0.30mol/L、0.35mol/L正丁醇溶液50mL。 2、 调节恒温为25℃。 3、 仪器常数测定 以水作为待测液测定仪器常数。 4、 待测样品表面张力的测定 用待测溶液洗净试管和毛细管，加入适量样品于试管中，按照测定仪器常数的方法，测定已知浓度的待测样品的压力差 p,代入公式计算其表面张力。 5、 数据处理 原始数据记录： p/pa 待测液 水 1 2 3 4 5 6 7 8 p1 620 585 560 520 475 459 437 420 408 p2 622 585 559 521 476 460 435 420 409 p3 621 586 561 519 476 460 437 421 408 p 621 585 560 520 476 460 436 420 408 1、查得σ水=71.97×10-3N/m。利用公式K=σ水/ p，得K=1159×10-6。 2、由σ=K p得各浓度正丁醇溶液的表面张力,并作σ～c曲线 c 0.02 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 σ 0.06780 0.06490 0.06027 0.05517 0.05331 0.05053 0.04868 0.04729 Y = A + B1*X + B2*X^2 + B3*X^3 Parameter Value Error ------------------------------------------------------------ A 0.07045 7.32701E-4 B1 -0.12658 0.01858 B2 0.22305 0.11852 B3 -0.14343 0.21092 ------------------------------------------------------------ R-Square(COD) SD N P ------------------------------------------------------------ 0.99728 5.24483E-4 8 <0.0001 ------------------------------------------------------------ 3、求相应浓度下的Г C/mol·L-1 0.050 -0.09463 0.100 -0.0973 0.150 -0.0696 0.200 -0.0464 0.250 -0.0463 0.300 -0.0324 4、用c/Г对c作图 C/mol·L-1 C/Г 0.050 26196.43004 0.100 25477.57631 0.150 35617.35884 0.200 53426.03825 0.250 53541.42927 0.300 76511.36343 Linear Regression for Data20_B: Y = A + B * X Parameter Value Error ------------------------------------------------------------ A 9770.87883 6133.37324 B 202042.77442 31498.0972 ------------------------------------------------------------ R SD N P ------------------------------------------------------------ 0.95467 6588.29971 6 0.00304 ------------------------------------------------------------ 可知斜率B为2.020×105，由公式 ，则 =B=2.020×105，得 =4.950×10-6。 5、计算正丁醇分子的横截面积S 由 得S0=3.356×10-6m2 由� EMBED Equation.KSEE3 \* MERGEFORMAT ���得 Г(0.050mol·L-1)=1.90865×10-6mol/m2 Г(0.100mol·L-1)=3.92502×10-6mol/m2 Г(0.150mol·L-1)=4.21142×10-6mol/m2 Г(0.200mol·L-1)=3.74349×10-6mol/m2 Г(0.250mol·L-1)=4.66928×10-6mol/m2 Г(0.300mol·L-1)=3.92098×10-6mol/m2 4 _1234567897.unknown _1234567905.unknown _1234567913.unknown _1234567918.unknown _1234567920.unknown _1234567921.unknown _1234567922.unknown _1234567919.unknown _1234567915.unknown _1234567916.unknown _1234567917.unknown _1234567914.unknown _1234567909.unknown _1234567911.unknown _1234567912.unknown _1234567910.unknown _1234567907.unknown _1234567908.unknown _1234567906.unknown _1234567901.unknown _1234567903.unknown _1234567904.unknown _1234567902.unknown _1234567899.unknown _1234567900.unknown _1234567898.unknown _1234567893.unknown _1234567895.unknown _1234567896.unknown _1234567894.unknown _1234567891.unknown _1234567892.unknown _1234567890.unknown