溶液表面吸附

姓名:肖池池序号:31周次:第四周指导老师:张老师溶液表面的吸附——最大气泡压力法测溶液表面张力一、实验目的：1、掌握气泡最大压力法测定液体表面张力的原理与方法，并测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力；2、了解溶液表面的吸附作用，应用Gibbs吸附等温式和Langmuir吸附等温式求出正丁醇的饱和吸附量，并计算正丁醇分子的截面积。二、实验原理：在一定温度下,溶液的表面吸附量Γ与表面张力γ及溶液本体浓度c之间的关系符合吉布斯吸附等温式：dcdRTc（1）式中：为表面吸附量（mol·m-2）；T为热力学温度（K）；c为稀溶液浓度（单位：mol·L-1）；为表面张力（单位：N·m-1）；R为气体常数。用吉布斯吸附等温式计算某溶质的吸附量时，可通过实验测定不同浓度的溶液的表面张力，并以对c作图，如图左所示。在c曲线上任取一点a,通过a点作曲线的切线和平行于横坐标的直线，分别与纵坐标交于',bb。令'bbZ，则dZcdc，代入式（1），得：ZRT；从c曲线上取不同的点，就可求得不同浓度时溶质在表面层的吸附量。对可形成单分子层吸附的表面活性物质，溶液的表面吸附量与溶液内部浓度c之间的关系符合Langmuir吸附等温式：1kckc（2）ab’bcγ式中：为饱和吸附量；k为常数。将式（6-1-2）两边取倒数，并同乘以c，可得11cck（3）根据式（3），以c对c作图应为一直线，直线的斜率的倒数即为。如果以N代表饱和吸附时单位面积表面层中的分子数，则N=Γ∞NA，NA为阿伏加德罗常数。而在饱和吸附时，每个被吸附的溶质分子在表面上所占的面积，即溶质分子的截面积ma为：（4）本实验选用气泡最大压力法测定溶液的表面张力。由Laplace方程可知，此压力差p与溶液的表面张力成正比，与气泡的曲率半径r成反比：rp2（5）毛rrp22minmax（6）maxmax/2rpkp毛（7）式中：k为仪器常数，通常用已知表面张力的物质确定，本实验用蒸馏水确定k。若用同一根毛细管，对表面张力分别为1和2的液体而言，则有下列关系：11maxkp，2maxkp2，1max12maxpp，2，（8）由此可见，只要测出最大压力差，即可由已知表面张力的标准物质求出待测物质的表面张力。三、仪器与药品：表面张力测定装置1套；不同浓度的正丁醇（AR）溶液。四、实验步骤：(1)仪器准备与检漏1.将表面张力测定管与毛细管洗净，连接装置。插上电源插头，打开电源开关，LED显示即亮，预热五分钟后按下置零按钮显示为0000，表示此时系统大气压差为零。2.在洗净的表面张力测定管中装入适量的蒸馏水，打开放水阀使毛细管管端与液面恰好相切，关闭放水阀。3.在滴液漏斗中装入适量水，打开滴液漏斗的活塞，滴液漏斗的水流到磨口烧杯中，使系统的压力增加，压力计上即显示一压力差。关闭滴液漏斗的活塞，若2-3分钟内压力计的读数不变，则表明系统不漏气，然后进行后续试验。（2以水作为待测液测定仪器常数打开滴液漏斗，控制滴液速度，使气泡由毛细管管口成单泡逸出，且每个气泡的形成时间约为5～10秒，记录最大的压差△pmax，连续读数三次，取其平均值。（3）待测正丁醇溶液表面张力的测定用同样方法测定不同浓度的正丁醇水溶液，注意由稀至浓依次测定，每次更换溶液时，应用待测液洗涤毛细管内壁及表面张力管2～3次。测定已知浓度的待测样品的最大压力差△pmax，连续读数三次，取其平均值。五、数据记录与处理：（1）实验数据记录：t/℃=25c/(mol/L)00.020.040.060.080.100.120.160.24△p/Pa1717673642613579558538516464△p/Pa2716673643611579557536515464△p/Pa3717673641610579557536517463△p/Pa(平均值)716.771.97673.067.585642.064.472611.361.392579.058.145557.355.969536.753.894516.051.818463.746.563γ×103/（N·m-1）Z×1030.0003.2676.0218.2619.98911.20311.90511.7695.340×106（mol·m-2）0.0001.3232.4383.3474.0494.5444.8324.7872.212（2）实验数据处理：表面张力与浓度关系图0.000.050.100.150.200.25455055606570x103/(N/m)c/(mol/L)Y=70.80443-176.7656X+320.6555X2R=0.99426图一Γ∞/c与c关系图0.000.040.080.120.160.200.0100.0150.0200.0250.0300.035c/x10-6c/(mol/L)Y=0.0109+0.12602*XR=0.96991图二由图二可以得到曲线的斜率k=0.12602×106，Γ∞=1/（0.12602×106）=7.935×10-6而=1/（7.935×10-6×6.022×1023）=2.09×10-19m2=0.209nm2六、注意事项：（1）测定用毛细管一定要清洗干净，测定时毛细管要保持垂直，管端与液面相切；（2）实验用毛细管的管端一定要光滑、平整、力求程圆形。七、思考题：1、做好本实验的关键是什么？答：做好本实验主要是控制气泡的溢出数率，不能太快也不能太慢，每个气泡的形成时间约5~10s.，且每次测量的数率尽量一样。2、毛细管不干净，对实验数据有何影响?答：如果毛细管不干净可能会堵住毛细管，使测量的值偏大，而且毛细管上的残留物会影响测量溶液的浓度，对实验造成影响。3、为什么毛细管端口必须和液面相切?答：毛细管尖端若不与液面相切插入一定深度，会引起表面张力测定值偏小。4、若气泡不成单泡逸出，或逸出速度太快，将会给实验带来什么影响？为什么?答：气泡逸出速率会影响气泡的大小，近而影响压力差值的大小，因而要保证测定过程中气泡逸出速率恒定。5、温度变化对表面张力有何影响?需要恒温，因为表面张力的大小受温度的影响。