物理化学实验报告-表面吸附

物理化学实验报告 溶液表面吸附的测量 1 实验目的 1 掌握最大气泡压力法测定溶液表面张力的方法 2 根据 Gibbs 吸附方程式 计算溶质 乙醇 在单位溶液表面的吸附量 并作图 2 实验原理 在定温下 纯物质液体的表面层与本体 内部 组成相同 根据能量最低原理 为降低 体系的表面吉布斯自由能 将尽可能地收缩液体表面 对溶液则不同 加入溶质后 溶剂 表面张力发生变化 根据能量最低原理 若溶质降低溶剂表面张力 c 表面层 c 本体 反之 若溶质 升高表面张力 c 表面层 0 此时溶液中溶质在表面层中的浓度大于在溶液中的浓度 称为 0 正吸附 相反 0 称为负吸附 在一定温度下 测定不同浓度溶液的表面张力 以c 作图 求不同浓度时的 对 值 由 Gibbs 吸附方程求各浓度下的吸附量 T c 对于求各点斜率值可以借助计算机软件 测定液体表面张力的方法较多 如最大气泡压力法 滴体积法 毛细管升高法 环法等 本实验采用最大气泡压力法 将待测液体装入表面张力仪中 使玻璃毛细管下端与液面相切 若液体能润湿管壁 则 液体沿毛细管上升形成凹液面 其液面所受压力 为大气压力 P0和附加压力 P 根据拉 普拉斯 Laplace 方程 2 式中 r 为弯曲液面曲率半径 为液体与气体表面 界面 张力 因是凹液面 弯曲液 面的曲率半径 指向大气 r 0 P 0 当打开漏斗的活塞 让水缓慢滴入下面密封的加压瓶中 毛细管内液面上受到比毛细管 外液面上更大的压力 毛细管内液面开始下降 当此压力差在毛细管上面产生的作用稍大 于毛细管口液体的表面张力所能产生的最大作用时 气泡就从毛细管口逸出 气泡逸出前 能承受的最大压力差为 Pmax 可以由微压差计测出 根据拉普拉斯方程 毛细管内凹液 面的曲率半径等于毛细管的半径 r 时 能承受的压力差最大 则有 r P 2 max max 2 P r 测定毛细管的半径 r 和 Pmax 即可求得液体表面张力 直接测定毛细管半径 r 容易带 入较大的误差 可用同一支毛细管 在相同条件下分别测出已知表面张力为 1 的参考液 体的 Pmax 1 和待测液体的 Pmax 由 式得 1max 1 max 22 PP r max 1max 1 P P 由上式可求出其它液体的表面张力 加压装置 恒温槽 微压差计 表面张力仪 3 仪器与试剂 微差压测量仪 恒温槽 表面张力仪 滴管 烧杯 容量瓶 无水乙醇 4 实验步骤 1 配制溶液 根据实验所要求的不同浓度的溶液称取不同质量的无水乙醇 2 按照实验要求连接仪器 设定恒温槽温度为 30 摄氏度 通入恒温水 3 在表面张力仪中加入适量去离子水 恒温 10 分钟以上 通过表面张力仪下端的活塞 调节液面高度 使毛细管下端与液面相切 4 将毛细管与乳胶管连接断开 将毛细管内外用吹气法处理干净 将毛细管连入整个装 置 盖紧活塞 按下微差压计的置零键 再将乳胶管与毛细管连接好 5 缓慢打开漏斗活塞 是水滴慢慢滴下 毛细管此时上方的压力不断增大 之后毛细管 口开始出现气泡 待气泡形成稳定后 在微差压测量计读取压力的最大值 读数三次 取 平均值 6 使用上述方法 将去离子水换成不同浓度的溶液 在更换溶液时必须洗刷表面张力仪 3 次 并且将毛细管内外吹干净 每次更换的溶液都必须保证恒温 10 分钟以上 7 实验完毕 整理仪器 5 实验数据 水在 30 下表面张力为 71 18 mN 1 编号 012345678 预计浓度 mol 3 00 71 42 12 83 54 24 95 6 乙醇质量 g 01 603 224 846 448 059 6611 2712 88 溶液体积 mL 505050505050505050 浓度 mol 3 00 71 42 12 83 54 24 95 6 1 574471408377346317297279267 2 574471408377346318297279267 3 573471408377346316298280267 均值 573 7 471408377346317297 3279 3267 表面张力 mN 1 71 1 8 58 4450 6246 7842 9339 3336 8934 6533 13 曲线上 18 2 14 7 8 33 5 94 5 32 4 31 3 34 2 69 2 17 吸附量 00 004 08 0 004 63 0 004 95 0 0059 1 0 0059 9 0 0055 6 0 005 23 0 0048 2 0123456 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 c mol l B 上图为曲线图 0123456 0 0040 0 0045 0 0050 0 0055 0 0060 Y Axis Title X Axis Title B 此图为 c 曲线图 6 数据分析 本次试验的误差来源有如下几项 1 无水乙醇是一种极易挥发的物质 尽管在称量时我们可以先加入一些水以防止乙醇挥 发 但是挥发还是在所难免的 所以可能会对溶液浓度造成一定影响 2 毛细管与液面相切也会引起误差 因为肉眼并不能准确判断是否相切 而毛细管如果 插入稍深 则会影响读数 3 在洗涤仪器时所引起的误差 包括洗涤表面张力仪 还有处理毛细管时都可能有少量 的之前测量溶液的残留 7 思考题 1 实验前为什么一定要确保表面张力仪和毛细管的洁净 主要是为了保证再加入溶