最大气泡压力法测定液体的表面张力数据处理方法

1、溶液表面张力及吸附分子横截面积的测定实验目的1. 学习用最大气泡压力法测定溶液的表面张力2. 了解用吉布斯方程在溶液表面吸附中的实验应用。3. 了解溶液表面吸附分子的横截面积的测量方法实验原理1. 溶液表面的过剩物质的量 r表面张力d （或比表面Gibbs函数）是表面化学热力学的重要性质之一。纯溶剂中溶 入溶质形成溶液后，溶液的表面张力不同于纯溶剂。按照溶液表面张力随溶质浓度的变化规 律可把溶质分为三种情况。溶液的表面张力随溶质浓度的增加而增大；溶液的表面张力随溶质浓度的增加而减小； 溶液的表面张力最初随溶质浓度的增加而急剧减小，当达到某一临界浓度时，溶液的表面张力不再随溶质浓度的增加而变化，

2、见图3-30。定量地描述这一规律的方程是 Gibbs等温吸附方程浓度的变化3-63 ）得到表面过剩物质的量r。r d（3-63）RT dc t式（3-63）中，r被Gibbs称为表面过剩物质的 量，单位为 mol m-2。对某些溶液系统（如电解 质溶液系统）式中的浓度c有时要用活度a代换。 由图 3-30，对曲线 A, （d d /dc） 0, rv 0, 这种情况称为负吸附。对曲线B和C, （d d/dc）Tv 0, r o,这种情况称为正吸附。本实验研究正吸附的情况。只要获得了溶液表面张力随溶质浓度的变化曲线，就可用微分法得到某一浓度下的（dd /dc）,然后依据方程2。饱和表面过剩物质的

3、量与吸附分子的横截面积对于正吸附的情况，溶质分子在溶液表面过剩物质的量r取决于溶质在溶液本体的浓度。在本体浓度较小时，r随c的增加而增大，当溶液表面已经盖满一层溶质分子时，r达到最大，用符号r 表示。称为饱和表面过剩物质的量。若以1/r对n （称为表面压力）作图则得图3-31; n的定义如式（3-64）:(3-64)图3-31 1/r n关系曲线由图3-31看出，当n较大时（即浓度 c较小 时）1/r趋向于一个定值，此定值即1/r-o由此可求得然后由式（3-65）计算吸附分子的 横截面积Ac。1Ac（3-65）r L式（3-65）中 L 为 Avogadro 常量。可编辑3 .最大气泡压力法测

4、定液体的表面张力测定液体表面张力的方法有最大气泡压力法、落球法、扭称法、滴重法及毛细管上升 法等。本实验采用最大气泡压力法。仪器和药品最大气泡压力法表面张力测定仪（见实验34）;下口瓶；恒温水浴；无水乙醇（ AR）实验步骤1.用去离子水和无水乙醇配制下列无水乙醇水溶液表3-8待测的无水乙醇水溶液的浓度实验温度：25CNo。123456e 乙醇/ mol.L -02将待测液体1530mL装入洗净烘干的磨口瓶1中，盖好磨口瓶盖；将自来水注入下口瓶8中，关好两通阀10;如图连接好各部分（方法见实验34）;将磨口瓶1放入恒温槽中并用夹子夹牢，使整体垂直向下；将恒温槽温度控制在25C，恒温1015分钟后

5、，打开下口瓶8的放水活塞10,调整放水速率，使测量瓶的毛细管端每隔6秒左右鼓出一个气泡（一次只能鼓一个气泡，不可连续鼓泡！）；测量毛细管鼓泡时的最大压差（方法同实验34）,分别测出p细和p粗，然后有 p=p细-p粗。3. 用2的方法依次测量表 3-8中各液体样品的 p。数据处理1、手工处理数据（1 ）从教材附录中查出纯水的表面张力；用实验34的方法计算各无水乙醇水溶液的表面张力。（2）将各样品的表面张力填入表3-9中。（3） 用微分法求取d c曲线上每一个浓度下的斜率，即（ du /de） t。（4）用式（3-64）计算n。（5） 用式（3-63）计算各表面过剩物质的量，并计算1/r。（6）作

6、（1/r ） n图，由图中求出 r-o（7） 用式（3-65）计算吸附乙醇分子的横截面积Ae。（8） 将上述计算的各个量填入表3-9。表3-9无水乙醇水溶液表面张力测定数据表实验温度：25 CNo.123456-1e 乙醇 / mol L- p / Pau / N m-13-1-1(d u /de) t/ m L mol- N-r / mol m-2(1/r ) / m2 mol-1n / N m-1-2r - / mol mAe / m -2、用微机处理数据（1）拟合曲线方程 打开微机的Excel界面，如图3-32。 将标准液体的表面张力d s和厶Ps及各浓度下的乙醇水溶液的 Px的数值分别

7、代入式（3-38）（见实验34）计算不同浓度的乙醇水溶液的表面张力。然后将浓度c及表面张力 的值分别输入到 Excel的A、B两列中，如图3-33。图 3-32 Microsoft Excel 界面bi= 0,07197AB c1ol0. 071971120. 85350. 068633L7070. 0508142. 560*04&4853. 4140. 0434964. 2670. 040B97B.120. 0331638. 3540. 02919c/mcl.dm-3c /inN nirl1 Ci图3-33 计算表面张力的对话窗口 在得到了浓度c和表面张力d之后，将A、B两列选取，然后点击窗

8、口的作图键， 便出现图3-34对话窗口 -1。在图表类型菜单中，选择XY散点图，立即出现图 3-35对话窗口 -2。在子图表类型菜单中选择某种类型，然后按下一步t下一步卜下一步|，出现图3-36对话窗口 -3。点击新工作表，然后点击完成，出现图3-37对话窗口 -4。该对话窗口中的曲线不是经曲线拟合程序拟合的，不符和要求。此时须用鼠标右键点击线上的任意一点，出现一个文字对话框。鼠标左键点击添加趋势线之后，出现图3-38对话窗口-5。选择多项式；然后在阶数窗口选择 2;再点击选项按键，出现添加趋势线窗口； 点击显示公式（E）和显示R平方值，再点击确定按键，出现图 3-39。囲谿EE叩I峋 图3-

9、34作图对话窗口 -17F1v=r r ! F1后 HA11利图3-36作图对话窗口 -3图3-35作图对话窗口 -2“ iinE-唤 mhj mm* 用“IBLx Hi.m0 hAffFi|心ffl图3-37作图对话窗口 -4图3-38作图对话窗口 -5图3-39作图对话窗口(已经拟合 出所需的圆滑曲线(2 )计算曲线在某点的斜率将图3-39中的拟合方程复制到 Excel表的C1中，然后将等号左侧的y去掉，对曲线ciH=2* 0.0007*；ABc10 0.07197-0. 011420. 0535 0. 06363-0. 0102131.707 0.05081-0. QQ90142. 56

10、0.04548-0. 0078253, 414 0.04349-0. 0066264.267 0.04089-D. 0054375.120.03316-0. 004233氐 3540+ 02910. 000295jrflkTi宜I? Frnhl Tin.1Cao mJ巩r=-$51*3C 1/(3.315*298. 15)ABcD10仇 0719?-0.0114020. 8535仇 06S63-0. 010213.51E-063L. 7070. 05081-0. 009016.2E-064Z 560. Q454-0. 007828.Q7E-0653, 4140” Q4349-Q. 006&29

11、 12E-0664. 2670. 040SS-0. 00539.34E-Q675.L2Q” 03316-0. 0238.74E-0683, 3540.0291D. 000296-IE-069c/tna.ddn-3p 加bT.tn-1r图3-40微分法求曲线某点的 斜率图3-41计算表面过剩物质的进行微分，即得到方程(du/de) = y/。按回车键，并将公式复制；按下拉键并粘贴，便可 求出各浓度下的(du / de),如图3-40。(3) 计算表面过剩物质的量r有了曲线斜率之后， 依据式(3-63)在Excel工作表的D列编制计算r的程序。方法是:=-$A1*$C1/(8.3145*298.15)。按回车键并复制该程序；按下拉键并粘贴，可计算各浓度 下的r ,如图3-41(4) 计算1/r和n在Excel工作表的E列计算n，程序：=0.07197-$B1回车。复制，按下拉键并粘贴。在Excel工作表的F列计算1/，程序：=1/$D1回车。复制，粘贴。(5) 作(1/r ) n 图在Excel工作表中选取 E、F两列，用作u c曲线的方法作1/r冗图，如图3-42。由图 3-42 读出(1/r J 为 114407.7m2.mol-1。贝U=8.74X 10-6mol.m-2。将=8.74X 10-6mol.m-2代入式(3-65)可计算吸附乙醇分子的横截面积。heetllO