物理化学实验实验报告十三

溶液表面张力的测定及等温吸附2-溶液表面张力的测定及等温吸附实验目的加深理解表面张力、表面吸附等基本概念以及表面张力和吸附的关系。掌握最大气泡法测定溶液表面张力的原理和技术。实验原理最大气泡法测定表面张力：当表面张力仪中的毛细管尖端与待测液体相切时，液面即沿毛细管上升。打开滴液漏斗2的活塞，使水缓慢下滴而减小系统压力，这样毛细管内液面上受到一个比试管中液面上大的压力，当此压力差在毛细管尖端产生的作用力稍大于毛细管管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口逸出，这一最大压力差可由数字式微压差测量仪测出：P最大=P大气－P系统=P。毛细管内气体压力必须高于大试管内液面上压力的附加压力以克服气泡的表面张力，此附加压力P与表面张力成正比，与气泡的曲率半径R成反比，其关系式为：如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的，当气泡刚开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大，随着气泡的形成曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径R与毛细管内半径r相等，曲率半径达到最小值，由上式可知此时附加压力达最大值，气泡进一步长大，R变大附加压力则变小，直到气泡逸出。R=r时的最大附加压力m，从此式得，当使用同一根毛细管及相同的压差计介质时，对两种具有表面张力为，的液体而言，正比于，且同温度下有：，若液体2的为已知，则.式中：K为仪器常数，可用已知表面张力的液体2来测得，因此，求得1。本实验就是通过测定已知表面张力的水的2来求得不同浓度正丁醇溶液的表面张力。溶质若能降低溶液的表面张力，则表面层中溶质的浓度就比溶液内部的大；反之，溶质若使溶液的表面张力升高，则它的表面层中的浓度比在内部的浓度小，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。在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力的变化及溶液的浓度有关，在稀溶液中用热力学方法可知它们间的关系遵循吉布斯吸附方程：当(/C)T<0时,>0,称为正吸附；当(/C)T>0时,<0,称为负吸附。在水溶液中，表面活性物质具有两亲基团，当浓度达到某一值后，表面活性物质在表面层的的吸附量为一定值，而与溶液浓度c无关，称为饱和吸附，此时溶质在表面层竖直排列，因而可由饱和吸附量求出溶质分子的横截面积。在=f(c)的曲线上用镜象法作出不同浓度点的切线，并延长与纵坐标相交，经过切点作一平行于横坐标的直线与纵坐标相交，若令此直线和切线在纵坐标上所截之长度为Z，则Z=-C·(/C)T，则.用这种方法可算出与浓度对应的值，将1、2…等对C作图，就可得到吸附等温线。若在溶液表面上的吸附是单分子层的吸附，则按兰缪尔吸附等温式：把兰缪尔式改写成：以C/～C作图，可得一直线，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，如果溶质是表面活性物质，则得N＝L，L为阿佛加德罗常数，每个溶质分子的在溶液表面上所占的截面积即为实验仪器与试剂仪器：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10个；50mL碱式滴定管1只试剂：正丁醇（AR）、去离子水物理常数25°C时，水的表面张力为72mN/m实验步骤1.配制溶液：用0.5mol/L的溶液在50mL容量瓶中稀释成下列浓度0.02、0.04、0.06、0.09、0.12、0.16、0.20、0.24，0.30和0.35。2．控温：调节恒温槽至25.3.仪器常数测定:用洗液洗净大试管及毛细管内外壁,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。让大滴液试管中液体恒温15分钟后，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p最大，连续读三次，取其平均值。4.正丁醇溶液表面张力测定：按上法分别对各种不同浓度的正丁醇溶液测定其pm，不同浓度的溶液测定时要从稀到浓依次测定。数据记录与处理恒温槽温度：25.00浓度/mol/L0.000.020.040.060.090.12Pm/Pa418387365350331311mN/mCanceled66.6662.8760.2957.0153.57(/C)TCanceled-189.47-159.33-119.14-111.96-104.78mol/m2Canceled1.529×10-62.571×10-62.884×10-64.065×10-65.073×10-6cCanceled13.0815.5620.8122.1423.66浓度/mol/L0.160.200.240.300.35CanceledPm/Pa289274262248239CanceledmN/m49.7847.2045.1342.7241.17Canceled(/C)T-79.67-58.13-55.98-49.52-38.76Canceledmol/m25.142×10-64.690×10-65.420×10-65.594×10-65.003×10-6Canceledc31.1242.6444.2850.0663.96Canceled＝6.903×10-6K＝14.81q=2.406×10-19实验讨论1.实验中，气泡的速度对实验数据有很大的影响。速度过快，会使数据变大。因此，保持相同的气泡速度对于实验的成败有很大的关系。而实验装置中，随着滴液漏斗中水的不断流出，滴液的速度会减慢，装置的此处有待改进。另外，毛细管的竖直以及毛细管进入液面的深度，对于测定结果都有一定的影响，实验中应该注意。2.不同实验方法的优缺点的讨论：最大气泡法是基于测定毛细管内外压力差即附加压力进而求得表面张力的一种常用的方法，特别可测定熔融金属及窑炉中的液体的不易接近而需远距离操作的液体系统。拉环法用界面张力仪迅速测定溶液表面张力以及两液体界面张力，操作简单，广泛应用与教学及实际中，缺点是难以恒温。