8溶液表面张力的测定及等温吸附

专业： 姓名： 学号： 日期： 地点： 实验报告课程名称： 大学化学实验p 实验类型： 物性测试 指导老师 陈平 实验项目名称： 溶液表面张力的测定及等温吸附 同组学生姓名： 一、实验目的和要求1、加深理解表面张力、表面吸附等概念以及表面张力和吸附的关系。 2、掌握用最大气泡法测定溶液表面张力的原理和技术。二、实验内容和原理最大气泡法是测定液体表面张力的方法之一，它的基本原理如下：当玻璃毛细管一端与液体接触，并往毛细管内加压时，可以在液面的毛细管口处形成气泡。气泡的半径在形成过程中先由大变小，然后再由小变大。设气泡在形成过程中始终保持球形，则气泡内外的压力差p（即施加于气泡的附加压力）与气泡的半径、液体表面张力之间的关系可又拉普拉斯（Laplace）公式表示，即 （1）显然，在气泡形成过程中，气泡半径由大变小，再由小变大，所以压力差p则由小变大，然后再由大变小。当气泡半径r等于毛细管半径R时，压力差达到最大值。因此 （2）由此可见，通过测定与，即可求得液体的表面张力。由于毛细管的半径较小，直接测量R误差较大。通常用一已知表面张力为的液体（如水、甘油等）作为参考液体，实验测得其对应的最大压力差为。可得被测液体的表面张力1=2*(p1/p2)=Kp1 （3）本实验中用DMP-2B型数字式微压差测量仪测量，该仪器可直接显示以Pa为单位的压力差。对纯溶剂而言，表面层与内部的组成是相同的，但对溶液来说却不然。当加入溶质后，溶剂的表面张力会发生变化。根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度比溶液内部的大，反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，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内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。显然，在指定的温度和压力下，溶液表面吸附溶质的量与溶液的表面张力和加入溶质的量（即溶液的浓度）有关，从热力学方法可知它们间的关系遵守吉布斯吸附方程： （4）式中：吸附量（mol/m2）；为表面张力（N/m）；T为绝对温度；c为溶液浓度（mol/m3）；R为气体常数，R=8.314Jmol1K1。当0，此时溶液表面层的浓度大于溶液本体的浓度，称为正吸附；当0时，正好相反，0，称为负吸附。通过实验测定相同温度下各种浓度溶液的表面张力，绘出 =f（c）曲线，在曲线上作出不同浓度点的切线，并延长与纵坐标橡胶，经过切点做一平行于横坐标的直线与纵坐标相交，若令此直线和且现在纵坐标上所截之长度为Z，则Z=-c(d/dt)T,然后代入吉布斯吸附方程，即可求出吸附量=Z/RT (5)用这种方法可算出与浓度对应的值，将1、2、 对c作图，即可得到吸附等温线。若在溶液表面上的吸附是单分子层的吸附，则满足Langmuir吸附等温式 （6）式中，为溶液表面单位上盖满单分子层溶质时的饱和吸附量；K为特性常数，它取决于吸附质的吸附特性。把Langmuir吸附等温式改写成 （7）以c/对c作图，得到一直线，其斜率为1/,截距为1/(K),进而可求得和K。设N代表单位溶液表面的分子数，如果溶质时表面活性物质，则得N=L,其中L为阿伏伽德罗常量，每隔溶质分子在溶液表面上所占的截面积即为 q= (8)三、主要仪器设备仪器：表面张力测定装置1套；精密恒温水槽1套；数字式微压差测量仪1台；50mL容量瓶812个；50mL碱式滴定管1支。试剂：正丁醇（AR）；去离子水。四、操作方法和实验步骤1、准备试剂。配置0.5mol/L的正丁醇溶液250mL。2、配置溶液。将0.5mol/L的正丁醇溶液在50mL容量瓶中稀释成浓度分别为0.02mol/L、0.04mol/L、0.06mol/L、0.09mol/L、0.12mol/L、0.16mol/L、0.2mol/L和0.24mol/L的稀溶液。3、调节恒温槽，使之恒定在所要求的温度（25）。4、仪器常数测定。用洗液洗净大试管及毛细管外壁，然后用自来水和去离子水洗之，再将适量去离子水装于洗净的大试管中，盖好带毛细管的标准磨口，防止漏气，并使毛细管尖端刚好与液面接触并保持垂直。恒温15min，缓慢打开滴液漏斗旋塞，以使气泡从毛细管尖端尽可能缓慢、均匀地鼓出，读取并记录pm，连续读3次，取其平均值。5、正丁醇溶液表面张力测定。按上述方法由稀到浓测定不同浓度正丁醇溶液的pm。把实验数据填入表1。注意事项：1.仪器系统不能漏气。2.所用毛细管必须应保持垂直，其管口刚好与液面相切。3.读取压力计的压差时，应连续观察取压力计读数最大值。五、实验数据记录和处理正丁醇溶液表面张力的测定浓度（mol/L）pm(测)/Papm/Pa(mN/m)Z(mol/m2)c/(1000/m)0.002973012942970.07195000.022762762732750.066630.004081.64585E-0612151.800.042582572602580.062600.007312.94881E-0613564.810.062452472432450.059440.009773.94116E-0615223.960.092292282282280.055330.012264.94561E-0618197.970.122082112102090.050800.013545.46195E-0621970.180.161961981961970.047660.013985.63944E-0628371.600.201861841841850.044740.013775.55473E-0636268.740.241761781751760.042730.013805.56683E-0643112.49六、 实验结果与分析查得：25时，（水）= 0.07197N/m，可得仪器常数K=（水）/p（水）=2.423e-4 Nm-1Pa-1由图可得：直线斜率k=1/=144824.34, 截距b=1/(K)=6646.86所以，=6.9049e-6 mol/m2；K=21.7883 L/mol。溶质分子的截面积q=1/L=2.4050e-19。思考题：1.毛细管尖端为何要刚好接触液面？答：因为如果将毛细管尖端插入到溶液内部，毛细管内会有一段水柱，产生压力P，则测定管中的压力P会变小，pmax会变大，测量结果偏大。2.为何毛细管的尖端要平整？选择毛细管直径大小时应注意什么?答：毛细管半径不能太大或太小。太大，Dpmax小，引起的读数误差大；太小，气泡易从毛细管中成串、连续地冒出，泡压平衡时间短，压力计所读最大压力差不准。3.如果气泡出得很快对结果有何影响？答：如果气泡出得很快，气泡的形成与逸出速度快而不稳定，致使读数不稳定，很难观察出其最高点，致使误差较大。4.用最大气泡法测表面张力时，为什么要取一标准物质？本实验中若不用水作标准物质行不行？最大气泡法的适用范围怎样？答：通过标准物质可以求得仪器的常数K。可以用其他已知表面张力的物质如甘油等做标准物质。最大气泡法适用于测量表面张力随时间的变化，测量气泡最高的压力。5.在本实验中，有哪些因素将会影响测定结果的准确性？答：装置漏气；毛细管尖端不平整；要求毛细管与液面相切，但实际中可能做不到，毛细管插入液面的深浅不一，或不垂直；温度控制不精确也可以影响实验结果。