溶液中的吸附作用和表面張力的測定

1、溶液中的吸附作用和表面張力的測定最大氣泡壓力法摘要：液體表面層分子受到向內(nèi)的拉力，表面有自動縮小的趨勢，稱之為液體的表面張力。本實驗用最大氣泡壓力法，通過將表面張力轉(zhuǎn)化為壓力來得到不同濃度下正丁醇的表面張力。同時通過考察表面張力與液體濃度間的關(guān)系，求得最大吸附量，進而推求出正丁醇分子的橫截面積。關(guān)鍵詞：表面張力 表面活性物質(zhì) 吸附量 最大氣泡壓力法前言：在液體表面層分子處于力不平衡狀態(tài)，比液體內(nèi)部的分子有較大的勢能. 體系產(chǎn)生新的表面（A）所需消耗功（W）的量滿足: -W=A ，稱為單位面積的表面能，其單位為N/m,可將其看成作用在界面每單位長度邊緣上的力，通常稱為表面張力。表面張力是液體的重

2、要性質(zhì)之一，與所處溫度、壓力、液體組成及共存的另一相的組成有關(guān)。根據(jù)能量最低原理，在純液體情況下，液體降低表面能的方式是盡可能縮小其表面積。對于溶液，如果溶質(zhì)能降低溶液的表面壓力，表面層中溶質(zhì)的量就比溶液內(nèi)部高，稱為正吸附，反之，則比溶液內(nèi)部低，稱為負吸附。產(chǎn)生正吸附的物質(zhì)稱之為表面活性物質(zhì)。當表面活性物質(zhì)占據(jù)溶液表面形成單分子層時，吸附達到飽和。測得飽和吸附量，可計算出溶質(zhì)物質(zhì)的橫截面積。此實驗中在恒溫條件下，測得不同濃度的正丁醇水二元體系的表面張力，然后根據(jù)表面張力濃度曲線利用作圖法求出不同點對應(yīng)的斜率，再根據(jù)吉布斯吸附公式計算各點所對應(yīng)的溶液的表面吸附量。其公式為： 在一定溫度下，吸附量

3、與溶液濃度之間關(guān)系由Langmuir等溫式表示為：式中 K經(jīng)驗常數(shù)； 飽和吸附量（液面布滿一層正丁醇分子時的吸附量）作曲線，由斜率可求得，則正丁醇分子橫截面積可用：求得實驗內(nèi)容：實驗原理：最大氣泡壓力法分液漏斗上方的導(dǎo)管引出后，一端與數(shù)字式壓力計相連，一端與恒溫套管腔相連通。恒溫套管外腔通恒溫水流，內(nèi)腔盛待測液體。毛細管上端與大氣相通，下端面與待測液體表面相切。液面上方空氣壓強為P系統(tǒng)，毛細管內(nèi)壓強為P大氣壓。當分液漏斗中液體緩慢滴下時P系統(tǒng)逐漸減小，當小到一定程度時，會有氣體被大氣壓壓入恒溫槽，形成氣泡。氣泡要從毛細管逸出，需克服內(nèi)壓力與表面張力的合力：F內(nèi)=F外=r 毛細管半徑當氣泡恰好逸

4、出時，有F外= F內(nèi)若用同一支毛細管，則恒溫下對兩種溶液而言有：用已知表面張力的液體為標準，測出其P1，則根據(jù)上式可求得其他液體值實驗儀器與試劑：試劑：洗液，正丁醇，蒸餾水DMP-28型數(shù)字式微差測量計南京大學(xué)應(yīng)用物理研究所臺超級恒溫水浴 滴管HK-南京南大萬和科技有限公司實驗室基礎(chǔ)設(shè)備1臺1支恒溫套管1支毛細管半徑0.150.20mm ）1支100mL容量瓶量程100mL7個2mL移液管1支1支實驗步驟：1. 將恒溫水浴的溫度調(diào)至25，并用2mL移液管分別移取0.40ml、0.80ml、1.20ml、1.60ml、2.00ml、2.40ml、2.80ml正丁醇到100ml容量瓶中，然后稀釋到

5、刻度，將得到的溶液恒溫。2. 取一支浸泡在洗液中的毛細管依次次用自來水、蒸餾水反復(fù)清洗若干次，同樣把玻璃套管也清洗干凈。3. 調(diào)整儀器使保持5-10S一個的出泡速率，依次讀出蒸餾水和各個濃度正丁醇溶液的數(shù)字式微壓差測量儀的讀數(shù)，每組測五個，取平均值。實驗結(jié)果：數(shù)據(jù)處理1、記錄數(shù)據(jù)表格：加入的正丁醇溶液（mL）P(Pa)12345平均0582581581581582581.40.45025025025025025020.84514514514514514511.2407406406406406406.21.63883883883883883882.03673673673673673672.434

6、23423423423423422.8329329329329329329容量瓶編號01234567加入正丁醇量mL00.40.81.21.62.02.42.8正丁醇濃度mol/dm300.0440.0880.1320.1760.220.2640.308表面張力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圖一 正丁醇溶液c-關(guān)系圖對于實驗中數(shù)據(jù)，用二次多項式擬合多項式y(tǒng)=A

7、+B1X+B2X2A 68.134350.7882B1 -151.9182611.36636B2 205.0830731.73496所以=0.0681-0.1519C+0.2051C2=-0.1519+0.4102C且因此可求得各濃度對應(yīng)的吸附量和，分別填入上表。以得到的數(shù)據(jù)對濃度c作圖圖二 正丁醇溶液-c關(guān)系圖A=-0.08315B=0.0788因為斜率即為所以T=7.88*10-6N.m-2S0= 1/(G¥×N)=2.107*10-19m2查資料知直鏈醇的橫截面積為2.74×10-192.89×10-19m2，誤差較小誤差分析：1實驗中 Langm

8、uir等溫式是一個理想的吸附公式，它代表了在均勻表面上，吸附分子間彼此沒有作用，而且吸附是單分子層情況下吸附達平衡時的規(guī)律性。而實際情況與理想假設(shè)總會有一定差距，因此會使得由此公式得到的實驗結(jié)果存在一定偏差。2在作出-c圖時，對得到的曲線進行了二項式擬合，但并非在所配溶液的濃度范圍內(nèi)有確定的與c的線性關(guān)系。3在溶液的配制與測量操作過程，受人為因素的影響會產(chǎn)生一定誤差，儀器的精確度也會影響實驗結(jié)果。4進行數(shù)據(jù)處理過程中，很難得到完美的定量關(guān)系，對數(shù)據(jù)的近似擬合引入了較大的誤差?？傊栽摲ㄇ蟮玫慕Y(jié)果準確度較高，且原理易懂，操作較為簡單。實驗注意事項：1測定用的毛細管一定要先洗干凈，否則氣泡不會很穩(wěn)定的通過，采集到的壓差數(shù)據(jù)也就不穩(wěn)定。2毛細管一定要豎直，管口要和液面剛好接觸，不能深入液體內(nèi)部，否則測得的數(shù)據(jù)將不只是液體表面的張力，還有插入部分液體的壓力。3表面壓力與溫度有關(guān)，因此要確保溶液恒溫后再測量。4溶液的配置要精確，每次更換液體