最大起泡法测分子横截面积

1、实验十四溶液中的吸附作用和表面张力的测定最大气泡压力法Determination of Surface Tension Using Maxinum Bubble Pressure Method1.实验目的与要求：1）通过测定不同浓度（c）正丁醇水溶液的表面张力（b ）,由b -c曲线求溶液界面上的 吸附量和单个正丁醇分子的横截面积（S0）。2）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。3）掌握一种测定表面张力的方法一一最大气泡法。2.预习要求：1）掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理。2）了解影响表面张力测定的因素。3）了解如何由表面张力的数据求正丁醇的横截面积。3.实验原理：

2、1）物体表面的分子和内部分子所处的境况不同，因而能量也不同，如图12-1所示，表面层的分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。如要把一个分子由内部迁移到表面，就需要对抗拉力而作功，故表面分子的能量比内部分子大。增加体系的表面，即增加了体系的总能量。体系产生新的表面（ A）所需耗费功（W）的量，其大小应与A成正比。-W=b A（12.1 ）如果A =l贝U - W= b ,即在等温下形成1 W新的表面所需的可逆功。故b 称为单位表面的表面能，其单位为N m1。这样就把 b 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。它表示表面自动缩小的趋势的大小。表面张力是液体的重要

3、特性之一,与所处的温度、压力、液体的组成共存的另一相的组成等有关。纯液体的表面张力通常指该液体与饱和了其自身蒸气的空气共存的情况而言。图12-1分子间作用力示意 图2）在纯液体情形下，表面层的组成与内部的组成相同，因此液体降低体系表面自由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自由能。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。这种表 面浓度与溶液里面浓度不同的现象叫“吸附”。显然，在指定温度和压力下，吸附与溶液的表面张力

4、及溶液的浓度有关。Gibbs用热力学的方法推导出它们间的关系式(12.2 )式中，一气-液界面上的吸附量（mol itf）：b 一溶液的表面张力（N - m1）;3T一绝对温度（K） ; c一溶披浓度（mol m ）：R一气体常数（8.314 J - mol-1- K-1）。（塞（票）S当/时，UO,称为正吸附。反之， 已 时，r 0.10、0.12、0.15、0.20mol dm-3的正丁醇溶液各100mL。重复上述实验步骤，按照由稀至 浓的顺序依次进行测量。求得一系列 浓度的正丁醇溶液的 P正丁醇。本实验的关键在于溶液浓度的准确性和所用毛 细管、恒温套管的清 洁程度。因此除事先 用热的洗液

5、清洗它 们以外，每改变一次测量溶液必须用待测的溶液反复洗涤它们，以保证所 测量的溶液表面张力与实际溶液的浓度相一致。并控制好出泡速度、平稳地重复出现压力差。 而不允许气泡一连串地出。洗 涤毛细管时切勿碰破其尖端，影响 测量。温度对该实验 的测量影响也比 较大，实验中请注意观察恒温水浴的温度，溶液加入 测量 管后恒温10min后再进行读数测量。6.实验注意事项：1）测定用的毛 细管和恒温 试管一定要先洗干 净，玻璃不挂水珠 为好，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。2）毛细管端口一定要 刚好垂直切入液面，管口要和液面刚好接触，不能离 开液面，但 亦不可深插。3）表面张力和温

6、度有 关，因此要等溶液恒温后再 测量。4）控制好出泡速度，从毛 细管口脱出气泡 每次应为一个，即间断脱出，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。5）正丁醇溶液要准确配置，使用 过程防止挥发损失。7.数据记录及处理：室温：bH2Ol）记录数据表格:大气压： PH2O :恒温槽温度：毛细管常数K:容量瓶编号1234567+8正丁醇用量/ml2.557.51012.5152025溶液浓度/mol dm30.0200.0400.0600.0800.100.120.160.20压差读数/Pa正丁醇水溶液的 b 正丁醇水溶液的db /dc正丁醇水溶液的r正丁醇水溶液的c/r2）作 b- c曲线（用Excel作图），求出曲线方程，求 导数得一解析式，利用 该式求出 不同浓度时正丁醇水溶液的 b。4）计算c/值，以c/c作图，由直线斜率求出8,（以mol表示）并计算 $ 和a。8.文献值直链醇分子截面积为21.6X 10-16m2。9.思考题1）温度和压强的变化对测定结果有何影响？2）浓度的误差对b -c曲线有何影响？3