溶液表面张力及吸附分子横截面积的测定

溶液表面张力及吸附分子横截面积的测定实验目的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。实验原理溶液表面的过剩物质的量厂表面张力。（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Gibbs等温吸附方程（3-63）述这一规律的方程是rGibbs等温吸附方程（3-63）述这一规律的方程是r=—RTdct浓度的变化式（3-63）中，厂被Gibbs称为表面过剩物质的量，单位为。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,（da/dc））＞0,厂VO,这种情况称为负吸附。对曲线B和C,（da/dc）TV0,厂＞0,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（da/dc））,然后依据方程（3-63）得到表面过剩物质的量厂。2。饱和表面过剩物质的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厂取决于溶质在溶液本体的浓度。在本体浓度较小时，厂随c的增加而增大，当溶液表面已经盖满一层溶质分子时，厂达到最大，用符号厂表示。称为饱和表面过剩物质的量。83-64)若以1/厂对疗（称为表面压力）作图则得图3-31；n的定义如式（3-643-64)n=a0-a由图3-31看出，当n较大时（即浓度c较小时）1/厂趋向于一个定值，此定值即1/厂。由此8可求得厂。然后由式（3-65）计算吸附分子的8横截面积Ac。c1A二丄（3-65）CrL式(3-65)中L为Avogadro常量。3．最大气泡压力法测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：25°CNo。123456e /mol.L-1乙醇02•将待测液体15〜30mL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10〜15分钟后，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4p=p细-p粗。用2的方法依次测量表3-8中各液体样品的4p。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〜c曲线上每一个浓度下的斜率，即（da/de）T。（4） 用式（3-64）计算疗。（5） 用式（3-63）计算各表面过剩物质的量厂，并计算1/r。（6） 作（1/厂）~n图，由图中求出厂。co（7） 用式（3-65）计算吸附乙醇分子的横截面积A。C（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：25CNo.123456e /mol・L-1乙醇Ap/Paa/Nm1(da/de)f/m・L3・mol-1・N-1Tr/moLm-2(1/r)/m2・mol-1n/N・m-1r/moLm-2A/m2・

2、用微机处理数据（1）拟合曲线方程①打开微机的Excel界面，如图3-32。②将标准液体的表面张力。和及各浓度下的乙醇水溶液的△p的数值分别代入式ssx（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3-32MicrosoftExcel界面 图3-33计算表面张力的对话窗口③在得到了浓度c和表面张力。之后，将A、B两列选取，然后点击窗口的作图键,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|一|下二步一下一步|，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。I表耳导-4步■之＜-图表位置-型I ,,11II图3-35作图对话窗口-2團表放在：「新工作表⑤I： I團表12a嵌入工作表©：[mmLDJZLJ取消I＜上一步遡|下一步》11完成®I图3-36作图对话窗口-3图3-37作图对话窗口-4ABc100.07197-0.0114ABc100.07197-0.011420.85350.06863-0.0102131.7070.05081-0.0090142.560.04548-0.0078253.4140.04349-0.0066264.2670.04089-0.0054375.120.03316-0.0042388.3540.02910.000296qri'+rin1i3I'triTJ+ri_1心□罰JClT = =2*0.0007*；di T■ ==-$Al*$Cl/(8.3145+298.15)ABcDE|100.07197[-0.01140.20.85350.06863-0.010213.51E-06"31.7070.05081-0.009016.2E-0642.560.04548-0.007828.07E-0653.4140.04349-0.006629.12E-0664.2670.04089-0.005439.34E-0675.120.03316-0.004238.74E-0688.3540.02910.000296-IE-069c/mcil.dm-S□/nii'I.m-lCdO/dc^r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量厂图3-39作图对话窗口(已经拟合出所需的圆滑曲线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，对曲线进行微分，即得到方程(da/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(da/de)，如图3-40。计算表面过剩物质的量厂有了曲线斜率之后，依据式(3-63)在Excel工作表的D列编制计算厂的程序。方法是：=-$Al*$Cl/(8.3145*298.15)。按回车键并复制该程序；按下拉键并粘贴，可计算各浓度下的厂，如图3-41(4)计算1/r和疗在Excel工作表的E列计算疗，程序：=0.07197-$B1回车。复制，按下拉键并粘贴。在Excel工作表的F列计算1/厂，程序：=1/$D1回车。复制，粘贴。(5)作(1/厂)〜n图在Excel工作表中选取E、F两列，用作a〜e曲线的方法作1/厂〜n图，如图3-42。由图3-42读出(1/r)为114407.7m2.moH。则厂=8.74X10-6mol.m-2。将厂=8.74XCO 8 810-6mol.m-2代入式(3-65)可计算吸附乙醇分子的横截面积。3000002000001