溶液表面张力

PAGE1溶液表面吸附的测定摘要：本实验运用了最大气泡压力法测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力,用二次水作参照，求不同浓度正丁醇溶液的表面张力γ，再根据吉布斯吸附公式,结合OriginPro8作图软件，求算出不同浓度的溶液表面吸附量г，作“г-C”图及“C/г-C”图，通过斜率求Г∞=6.33×10-6mol/m2，从而计算q=0.262nm2，最后计算最高正丁醇浓度时表面实际正丁醇分子面积为qc=0.248nm2。[引言部分]实验目的1、测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力，根据吉布斯公式计算溶液表面的吸附量以及饱和吸附时每个分子所占的表面面积；2、通过最大气泡压力的测定，可进一步了解气泡压力与半径及表面张力的关系。实验原理1.吉布斯吸附公式：对于两组分的稀溶液：式中为表面吸附量（molm-2）c为溶液浓度（moldm-3）为表面张力（J/m2）。2.表面活性物质溶于液体中使表面张力降低的物质称为表面活性物质，在水溶液中，具有显著的不对称结构，由亲水基和憎水基构成。正丁醇属于表面活性物质，它有亲水基氢氧基和疏水基烃基。当浓度增加到一定程度时，被吸附分子占满表面，形成饱和吸附层。3.吸附量计算方法以对c作图，可得等温曲线，根据曲线，可通过作图求得与c关系，方法如下：在上去一点a，通过a点作切线和平行与横轴直线分别与纵轴交于b和b’，令z=bb’，则：由得：取曲线上不同点，可求得多个z值，从而得到与c的关系。4.饱和吸附量计算方法Langmuir提出与c的关系式（К为常数）取倒数可得：5.饱和吸附时每个分子所占面积q的计算方法由于是一个过剩量，即表示表面比溶液多的分子数，对于较浓的溶液，应考虑零吸附时原有分子，故浓度为c时6.的测量方法：全泡最大压力法设有一半径为r的气泡，其周围为液体，p和p0分别平衡时气泡内外压力，则对于一个伸进水面的毛细管，打气时管内压力p增大，将管中液体压至管口并形成气泡，曲率半径由小到大变化，当形成的气泡曲率半径最小时，它所能承受的压力最大。气压继续增加，曲率半径增大，平衡压差已大于气泡所能承受压力，气泡将破裂。最大压力差能够直接测量得到，利用压力计，分别读出左右管最低，最高高度，通过高度差算压力差。本实验不直接求管径r，而是用二次水做标准，具体步骤如下：其中，=71.97×10−3N/m[实验部分]实验仪器及药品1.仪器带塞子试管×1毛细管×1缓冲瓶×1活塞×1压力计×1四通管×1双连球×1洗耳球×1恒温槽（直流电机功率100w）JJ-2增力电动搅拌器PC-A节电控流器2.药品二次水8份不同浓度的正丁醇水溶液实验内容1.调节恒温装置，使水温稳定在（25.000.05）℃，用洗液洗毛细管，再分别用自来水，二次水各洗3次；2.取二次水装至试管，使洁净的毛细管口恰好与液面接触，关闭活塞3,4.有双连球向缓冲瓶中加气至球适度膨大；3.小心调节活塞3使毛细管尖端产生气泡均匀，每个气泡形成时间约8s左右；4.液体保持恒温后，连续读三次左测水柱最低值，右侧水柱最高值，算每次高度差，并求高度差平均值；5.换二次水，重复步骤4，两次二次水所得的高度差平均值之间差不得超过0.05cm；6.按浓度梯度（0.0218mol/L0.0547mol/L0.111mol/L0.220mol/L0.329mol/L0.439mol/L0.550mol/L0.740mol/L）换不同浓度的正丁醇溶液，洗毛细管2次，重复步骤4;7.结束后整理仪器。实验数据及处理原始数据室温：23.80℃大气压：101.12KPa初始左水柱高：23.32cm初始右水柱高：23.30cm表1高度测量数据第一次第二次第三次h平均值/cm校正后h/cm二次水119.8026.6719.8026.6719.8026.676.876.89二次水219.7726.7019.8026.7119.8026.716.926.940.021820.0526.4820.0526.4820.0526.486.436.450.054720.3026.2420.3026.2520.3026.255.955.970.11120.6925.8920.6825.8920.7025.895.205.220.22021.0825.5021.1025.5021.0925.504.414.430.32921.3625.2521.3625.2521.3625.253.893.910.43921.5025.1021.4925.1121.4925.113.613.630.55021.6924.9021.7224.9121.7324.913.193.210.74021.9024.7021.9324.7121.9324.702.782.80溶液表面张力水在25℃是表面张力=71.97×10−3N/m用得表2-c数据表SEQ表2_-c数据表\*ARABIC1C/（mol/L)00.02180.05470.1110.2200.3290.4390.5500.740/[×10-3J·m-2（或×10-3N·m-1)]72.067.362.354.446.240.837.933.529.2表3图1的相关数据表1234567斜率-284.389-234.202-140.745-76.366-43.735-35.186-32.284取点x值0.0100.02180.06620.1600.3130.4000.440取点y值70.89267.85159.87650.30241.57338.16736.819y轴截距73.73672.95769.19362.52055.26252.24151.024Z值2.8445.1069.31712.21813.68914.07414.205注：为计算方便，此表忽略单位3.吸附量г在-c取点做切线，求得z值,见表3.由得表3г计算数据1234567浓度C（mol/L）0.0100.02180.06620.1600.3130.4000.440Z/(10-3N·m-1)2.8445.1069.31712.21813.68914.07414.205Г/(mol/m2)1.15×10-62.06×10-63.76×10-64.93×10-65.52×10-65.68×10-65.73×10-6(C/Г)/(m2/L)0.872×1041.06×1041.76×1043.25×1045.67×1047.04×1047.68×104注：T=298.15K4.求q作"г-c"图,"c/г-c"图用originPro8拟合得k=1.58×105m2/mol5.的计算C=0.740mol/Lг=5.73×10-6mol·m2[思考与讨论]六、思考题本实验中图形应该是怎样的？将实验结果所求得的值与理论值比较，讨论产生误差的原因。答：随着c的逐渐增大，Γ先快速增加，后来逐渐减小，故曲线逐渐地趋于平缓，且以为极限。有文献表明正丁醇分子截面积的理论值为0.28nm2,本实验所得结果与之接近，但偏小。误差分析见下。七、讨论误差分析：1.系统误差：气泡终究是向水中冒的，不可避免外压也受到水压的影响。修正后公式为：故可知所得的γ值偏大，又不能保证每一次γ偏大幅度比例相同，因此会带来误差。由水的表面张力以及计算可知：毛细管半径在数量级上与，故附加压力是数量级，这与水柱的高度差相比，即使是实验中最小的液面高度差3.60cm,它引入的相对误差也只有%，对实验结果的结果还是比较小的。毛细管的半径也是一个因素。毛细管半径太大，所需压力将太小，导致测定误差增大；毛细管径太小，将使出泡变得很困难而影响实验。同时，实验装置的气密性也会对结果产生一定的影响。2.随机误差:温度：溶液的表面张力与温度有关，温度愈低，表面张力愈大。由于实验中的恒温终归不是绝对的，使得溶液表面张力随着温度的改变而发生些许的波动，造成了一定的随机误差。但实验中就注意为保证恒温，测定管外应保持足够高的水浴。液体的浓度表面张力也与液体的纯度有关。我们需要测定的是已经浓度对应的表面张力，故本次实验中每次换液时都应该认真仔细地润洗，使得浓度不至于发生改变而影响最后的实验结果。毛细管的洁净毛细管管径很小，即使只是上了很少量的杂质，也会导致毛细管旁液体浓度明显变化，影响结果。毛细管插入溶液中的深度这个因素直接影响测量结果的