溶液中的吸附作用和表面张力的测定.doc

溶液中的吸附作用和表面张力的测定最大气泡压力法摘要：液体表面层分子受到向内的拉力，表面有自动缩小的趋势，称之为液体的表面张力。本实验用最大气泡压力法，通过将表面张力转化为压力来得到不同浓度下正丁醇的表面张力。同时通过考察表面张力与液体浓度间的关系，求得最大吸附量，进而推求出正丁醇分子的横截面积。关键词：表面张力 表面活性物质 吸附量 最大气泡压力法前言：在液体表面层分子处于力不平衡状态，比液体内部的分子有较大的势能. 体系产生新的表面（A）所需消耗功（W）的量满足: -W=A ，称为单位面积的表面能，其单位为N/m,可将其看成作用在界面每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。表面张力是液体的重要性质之一，与所处温度、压力、液体组成及共存的另一相的组成有关。根据能量最低原理，在纯液体情况下，液体降低表面能的方式是尽可能缩小其表面积。对于溶液，如果溶质能降低溶液的表面压力，表面层中溶质的量就比溶液内部高，称为正吸附，反之，则比溶液内部低，称为负吸附。产生正吸附的物质称之为表面活性物质。当表面活性物质占据溶液表面形成单分子层时，吸附达到饱和。测得饱和吸附量，可计算出溶质物质的横截面积。此实验中在恒温条件下，测得不同浓度的正丁醇水二元体系的表面张力，然后根据表面张力浓度曲线利用作图法求出不同点对应的斜率，再根据吉布斯吸附公式计算各点所对应的溶液的表面吸附量。其公式为： 在一定温度下，吸附量与溶液浓度之间关系由Langmuir等温式表示为：式中 K经验常数； 饱和吸附量（液面布满一层正丁醇分子时的吸附量）作曲线，由斜率可求得，则正丁醇分子横截面积可用：求得实验内容：实验原理：最大气泡压力法分液漏斗上方的导管引出后，一端与数字式压力计相连，一端与恒温套管腔相连通。恒温套管外腔通恒温水流，内腔盛待测液体。毛细管上端与大气相通，下端面与待测液体表面相切。液面上方空气压强为P系统，毛细管内压强为P大气压。当分液漏斗中液体缓慢滴下时P系统逐渐减小，当小到一定程度时，会有气体被大气压压入恒温槽，形成气泡。气泡要从毛细管逸出，需克服内压力与表面张力的合力：F内=F外=r 毛细管半径当气泡恰好逸出时，有F外= F内若用同一支毛细管，则恒温下对两种溶液而言有：用已知表面张力的液体为标准，测出其P1，则根据上式可求得其他液体值实验仪器与试剂：试剂：洗液，正丁醇，蒸馏水DMP-28型数字式微差测量计南京大学应用物理研究所台超级恒温水浴 滴管HK-南京南大万和科技有限公司实验室基础设备1台1支恒温套管1支毛细管半径0.150.20mm ）1支100mL容量瓶量程100mL7个2mL移液管1支1支实验步骤：1. 将恒温水浴的温度调至25，并用2mL移液管分别移取0.40ml、0.80ml、1.20ml、1.60ml、2.00ml、2.40ml、2.80ml正丁醇到100ml容量瓶中，然后稀释到刻度，将得到的溶液恒温。2. 取一支浸泡在洗液中的毛细管依次次用自来水、蒸馏水反复清洗若干次，同样把玻璃套管也清洗干净。3. 调整仪器使保持5-10S一个的出泡速率，依次读出蒸馏水和各个浓度正丁醇溶液的数字式微压差测量仪的读数，每组测五个，取平均值。实验结果：数据处理1、记录数据表格：加入的正丁醇溶液（mL）P(Pa)12345平均0582581581581582581.40.45025025025025025020.84514514514514514511.2407406406406406406.21.63883883883883883882.03673673673673673672.43423423423423423422.8329329329329329329容量瓶编号01234567加入正丁醇量mL00.40.81.21.62.02.42.8正丁醇浓度mol/dm300.0440.0880.1320.1760.220.2640.308表面张力10-3N.m-171.9762.1455.8350.2848.0345.4342.3440.73吸附量10-6mol/m202.3774.1135.2085.6625.4754.6473.17701.8512.1402.5353.1084.0185.6819.695图一 正丁醇溶液c-关系图对于实验中数据，用二次多项式拟合多项式y=A+B1X+B2X2A 68.134350.7882B1 -151.9182611.36636B2 205.0830731.73496所以=0.0681-0.1519C+0.2051C2=-0.1519+0.4102C且因此可求得各浓度对应的吸附量和，分别填入上表。以得到的数据对浓度c作图图二 正丁醇溶液-c关系图A=-0.08315B=0.0788因为斜率即为所以T=7.88*10-6N.m-2S0= 1/(GN)=2.107*10-19m2查资料知直链醇的横截面积为2.7410-192.8910-19m2，误差较小误差分析：1实验中 Langmuir等温式是一个理想的吸附公式，它代表了在均匀表面上，吸附分子间彼此没有作用，而且吸附是单分子层情况下吸附达平衡时的规律性。而实际情况与理想假设总会有一定差距，因此会使得由此公式得到的实验结果存在一定偏差。2在作出-c图时，对得到的曲线进行了二项式拟合，但并非在所配溶液的浓度范围内有确定的与c的线性关系。3在溶液的配制与测量操作过程，受人为因素的影响会产生一定误差，仪器的精确度也会影响实验结果。4进行数据处理过程中，很难得到完美的定量关系，对数据的近似拟合引入了较大的误差。总之以该法求得的结果准确度较高，且原理易懂，操作较为简单。实验注意事项：1测定用的毛细管一定要先洗干净，否则气泡不会很稳定的通过，采集到的压差数据也就不稳定。2毛细管一定要竖直，管口要和液面刚好接触，不能深入液体内部，否则测得的数据将不只是液体表面的张力，还有插入部分液体的压力。3表面压力与温度有关，因此要确保溶液恒温后再测量。4溶液的配置要精确，每次更换液体时