《论文实验十二溶液中的吸附作用和 表面张力论文(定稿)》.doc

论文实验十二溶液中的吸附作用和 表面张力论文(定稿) 溶液中的吸附作用和表面张力的测定摘要本实验利用最大气泡压力法测定了液体表面张力，即测定气体从毛细管口逸出时的气压，此时气压的作用力略大于毛细管口溶液的表面张力；并通过对不同浓度下表面活性物质正丙醇溶液的表面张力和浓度之间的关系，求得溶液界面上的吸附量和单个正丁醇分子的截面积。 关键词吸附作用表面张力最大气泡压力法表面活性物质Abstract:This experimentutilized the biggest bubble pressure method,which meansmeasure theair pressurewhen bubbleis defusingfrom capillarytube,that momentforce ofair abit morethan the surface tension,to measuresurface tension.Than,on basisof thelinking betweenthe surface tension ofnormal butanolliquid ofdifferent concentration,calculate theamount ofabsorption onthesurfaceand thesection surfaceof onebutanol molecule.Key wordsabsorption effect;surfacetension;thebiggestbubblepressuremethod;surface activesubstance- 一、序言液体表面的分子和内部的分子所处的环境不同，因此能量也不同。 根据能量最低原理，溶质能降低溶液的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比溶液内部大，反之，溶质使溶液的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低。 表面张力就是内部分子对表面分子的作用力，它是液体的重要属性之一，与所处的温度、压力、液体的组成共存的另一面的组成等因素都有关。 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自由能。 本实验采用最大气泡法法测定液体不同浓度条件下的表面张力，由此计算溶液的表面自由能、最大吸附量、表面活性物质正丁醇的横截面积，并验证了表面化学的相关基础理论。 二、实验部分1】仪器及试剂CS501型超级恒温水浴(重庆试验设备厂);DMP-2B型数字式微压差测量仪(南京大学应用物理研究所);恒温套管;水泵;毛细管（半径为0.150.2mm），浸泡于铬酸洗液中;100ml容量瓶（7只）;2ml移液管（1支）;正丁醇溶液（分析纯）。 2】设计思路在一定温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir等温方程式表示化成直线方程，则有；以C作图可得一直线，由直线斜率即可求出。 假设在饱和吸附情况下，正丁醇分子在气液界面上铺满一单分子层，则可应用下式求得正丁醇分子的横截面积S0。 有关系式；式中，为阿佛加德罗常数。 3】实验过程恒温水浴25。 一、毛细管常数的测定。 保证装置的密闭性与毛细管的清洁性后，细心调节泵转速，使出泡均匀稳定。 注意气泡爆破前数字式微压差测量仪的读数，并用电脑采集数据得到最大的压差值。 查得25时水的表面张力为71.9710-3Nm-1，以/?h=K求出所使用的毛细管常数。 二、不同浓度正丁醇溶液表面张力的测定。 移取配制一系列浓度的正丁醇溶液，按照由稀至浓的顺序依次进行测量；重复上一步求得一系列最大压差值。 4】实验结果1）毛细管常数K=/?h=0.000090m-1。 2）表面张力与溶液浓度c的关系=0.080850.33049*c+1.58991*c24.87276*c3+6.54079*c4。 3）极限吸附量=4.99*10-6N/m。 4)正丁醇分子的横截面积S0=3.3310-19m2.查得文献中的直链醇类横截面积理论值为2.7410-192.8910-19m2，取二者平均值2.8210-19，相对误差为（3.33-2.82）/2.82=17%.c图、c图、c/c图详见后文数据处理 三、讨论1】误差分析本次试验测得的正丁醇分子的横截面积比理论值偏大；c?、-c、c/-c图与理论曲线大体吻合。 本实验的误差主要有表面张力测量误差1）由于毛细管管径很小，当正丁醇浓度增大时，体系粘度变大，管壁上容易吸附正丁醇分子，使得气泡冒出很不规则，造成数据波动很大；2）实验要求毛细管底部与液面正好相切，并且毛细管完全垂直，但由于人眼分辨的差异等影响，这很难做到；且每次测量过程的相切情况各不相同。 3）毛细管的粗细及磨损程度会对结果造成影响；毛细管太粗则误差较大，过细则易阻塞，气泡难以逸出；4）出泡速度会影响P值的读数，而出泡速度并不能精确控制使得每次的速度相同；而且在测量过程中偶尔出现气泡很难逸出的情况，造成压强测量值偏大；5）其它系统误差，如在每次改变测量溶液浓度之后，应该用待测溶液反复清洗毛细管和恒温套管，在实际操作中残留是不可避免的，这样使测量溶液的表面张力与实际溶液的浓度不一致，导致实验误差；恒温槽温度的小幅变动；装置气密性不好，有些许漏气会使测定最大压力差值偏小。 数据处理带来的误差1)在数据处理的过程中使用了浓度而不是活度。 只有在稀溶液情况下，浓度才近似等于活度；导致计算的正丁醇分子截面积偏差较大。 这一点从-c图上明显可以看出，在浓度变大后曲线有明显的下降，与理论曲线存在较大的出入；2）c曲线拟合形式（即选择的多项式级次）的不同会造成c图及c/c图与理论情况的偏差。 2】讨论与思考关于相关曲线的讨论1）由c图可知，正丁醇溶液的表面张力随着其浓度的增加而逐渐降低，为正吸附，故正丁醇是一种表面活性物质。 当正丁醇的浓度增大到一定值时，溶液的表面张力的随浓度的变化较小，此时有可能已经形成了单分子层的饱和吸附层；2）由-c图可知，当浓度较小时，随着浓度的升高，吸附量逐渐增加。 四、总结本实验采用最大气泡法测定液体不同浓度条件下的表面张力，由此计算溶液的表面自由能、最大吸附量、表面活性物质正丁醇的横截面积，并验证了表面化学的相关基础理论。 实验操作步骤简单，但造成误差的因素较多，操作时要格外仔细测定用的毛细管一定要先洗干净，否则气泡可能不能连续稳定地通过，而使压力计的读数不稳定；毛细管要尽量垂直，管口要和液面刚好接触，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；表面张力和温度有关，因此要等溶液恒温后再测量；控制好出泡速度，读取压力计的压力差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。 -参考资料1崔献英,柯燕雄,单绍纯.物理化学实验M.中国科技大学出版社,2000:2932.2付献彩,沈文霞,姚天扬,侯文华.物理化学（第五版）下册M.南京大学化学化工学院，高等教育出版社,xx.附录实验数据处理（Excel+Origin）1）毛细管常数的测定25摄氏度时水的表面张力-1-3mN1071.97?=故毛细管常数K=/?h=0.000090m-12）不同浓度正丁醇溶液表面张力的测定及c?图的绘制由公式C=V/MV0；=KP；=0.810g/mL，M=74.1，得表格tableA容量瓶编号1234567正丁醇用量ml0.40.81.21.622.42.8溶液浓度c(mol/L)0.04370.08740.13110.17480.21850.26220.3059最大压差读数Pa768680619581533522514正丁醇水溶液(N/m)0.0690910.0611740.0556860.0522680.047950.046960.046241正丁醇水溶液d/dc-0.21726-0.146772-0.105911-0.08158-0.06068-0.030120.023222正丁醇水溶液(mol/m2)3.83E-065.16893E-065.595E-065.75E-065.34E-064.78E-064.80E-06正丁醇水溶液c/（/m）11422.616908.7341323432.1935830420.240896.5154853.5663729.17进行4次拟合得到c?图如下0.000.050.100.150.200.250.300.350.0450.0500.0550.060(N/m)0.0650.070cmol/L BPolynomial Fitof Data1_B0.004063）-c图和c/-c图的绘制由上面拟合的结果可知=0.080850.33049*c+1.58991*c24.87276*c3+6.54079*c4。 故=dcd26.16316*c314.61828*c2+3.17982*c0.33049。 由Gibbs公式cd=-RTTdc?得=（0.33049*c+3.17982c214.61828*c3+26.16316*c4)/RT将不同溶液的浓度代入上式可得吸附量值及c/值，结果如表格tableA所示。 作-c图Polynomial Regressionfor Data1_B:Y=A+B1*X+B2*X2+B3*X3+B4*X4Parameter ValueError-A0.08085B1-0.330490.13698B21.589911.45538B3-4.872766.06708B46.540798.64187-R-Square(COD)SD NP-0.997916.70467E-470.00417-正丁醇溶液-c图00.0000010.0000020.0000030.0000040.0000050.000006(mol/m2)0.00000700.050.10.150.20.250.30.35c(mol/L)