溶液表面張力

1、溶液表面吸附的測定摘要：本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用了最大氣泡壓力法測定不同濃度正丁醇水溶液的表面張力，用 二次水作參照，求不同濃度正丁醇溶液的表面張力Y，再根據(jù)吉布斯吸附公式, 結(jié)合OriginPro 8作圖軟件，求算出不同濃度的溶液表面吸附量r，作“r -C” 圖及“C/r -C” 圖，通過斜率求r 8 =6.33X10-6mol/m2，從而計(jì)算q=0.262nm2, 最后計(jì)算最高正丁醇濃度時(shí)表面實(shí)際正丁醇分子面積為q =0.248nm2。c引言部分一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、測定不同濃度正丁醇水溶液的表面張力，根據(jù)吉布斯公式計(jì)算溶液表面的吸 附量以及飽和吸附時(shí)每個(gè)分子所占的表面面積；2、通過最大氣泡壓力的測定，可進(jìn)一

2、步了解氣泡壓力與半徑及表面張力的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)原理吉布斯吸附公式：對于兩組分的稀溶液：r Kg也RT dc式中r為表面吸附量（mol gm-2） c為溶液濃度（mol gdm-3）y為表面張力（J/m2）。當(dāng)d0,為正吸附。即c個(gè)，溶液表面張力J。 dc反之，為負(fù)吸附，cf,溶液表面張力增加。表面活性物質(zhì)溶于液體中使表面張力降低的物質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)，在水溶液中，具有顯 著的不對稱結(jié)構(gòu)，由親水基和憎水基構(gòu)成。正丁醇屬于表面活性物質(zhì)，它有親水基氫氧基和疏水基烴基。當(dāng)濃度增加到一定程度時(shí)，被吸附分子占滿表面，形成飽和吸附層。吸附量r計(jì)算方法以y對c作圖，可得=f（c）等溫曲線，根據(jù)曲線，可通過作圖

3、求得廠與C 關(guān)系，方法如下：在丫 =f（c）上去一點(diǎn)a，通過a點(diǎn)作切線和平行與橫軸直線分別與縱軸交于b 和 b，令 z=bb，則：d yz=-c&dc廠 c dyzr=- gr =由 RTdc 得： RT取曲線上不同點(diǎn)，可求得多個(gè)z值，從而得到r與c的關(guān)系。飽和吸附量計(jì)算方法r=r g K c Langmuir提出r與c的關(guān)系式1+Kc（K為常數(shù)）取倒數(shù)可得： c c 1=+r r Kr若:-c作圖，所得直線斜率的倒數(shù)即為廠飽和吸附時(shí)每個(gè)分子所占面積q的計(jì)算方法1 q=N由于r是一個(gè)過剩量，即表示表面比溶液多的分子數(shù)，對于較濃的溶液，應(yīng)考慮 零吸附時(shí)原有分子，故濃度為C時(shí)1 q =c、2rna

4、+（ cn A）3y的測量方法：全泡最大壓力法設(shè)有一半徑為r的氣泡，其周圍為液體，p和po分別平衡時(shí)氣泡內(nèi)外壓力，2r則 p= P - P 0= 對于一個(gè)伸進(jìn)水面的毛細(xì)管，打氣時(shí)管內(nèi)壓力P增大，將管中液體壓至管 口并形成氣泡，曲率半徑由小到大變化，當(dāng)形成的氣泡曲率半徑最小時(shí)，它所能 承受的壓力最大。氣壓繼續(xù)增加，曲率半徑增大，平衡壓差已大于氣泡所能承受 壓力，氣泡將破裂。最大壓力差能夠直接測量得到，利用壓力計(jì)，分別讀出左右管最低，最高高 度，通過高度差算壓力差。本實(shí)驗(yàn)不直接求管徑r，而是用二次水做標(biāo)準(zhǔn)，具體步驟如下：rrAhy=眇A水=2伽水？=Y水Ah水其中，Y水二 7 1 .9 7 X 1

5、 0 3 N / m實(shí)驗(yàn)部分三、實(shí)驗(yàn)儀器及藥品儀器帶塞子試管X 1 毛細(xì)管X1緩沖瓶X 1 活塞X 1壓力計(jì)X 1 四通管X 1雙連球X 1 洗耳球X 1恒溫槽（直流電機(jī) 功率100W）JJ-2增力電動(dòng)攪拌器PC-A節(jié)電控流器藥品二次水8份不同濃度的正丁醇水溶液四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容調(diào)節(jié)恒溫裝置，使水溫穩(wěn)定在（25.00土 0.05）C，用洗液洗毛細(xì)管，再分 別用自來水，二次水各洗3次；取二次水裝全試管，使?jié)崈舻拿?xì)管口恰好與液面接觸，關(guān)閉活塞3,4.有 雙連球向緩沖瓶中加氣全球適度膨大；小心調(diào)節(jié)活塞3使毛細(xì)管尖端產(chǎn)生氣泡均勻，每個(gè)氣泡形成時(shí)間約8s左右;液體保持恒溫后，連續(xù)讀三次左測水柱最低值，右側(cè)水

6、柱最高值，算每次高 度差，并求高度差平均值；換二次水，重復(fù)步驟4,兩次二次水所得的高度差平均值之間差不得超過 0.05cm；按濃度梯度（0.0218mol/L 0.0547mol/L 0.111mol/L 0.220mol/L 0.329mol/L 0.439mol/L 0.550mol/L 0.740mol/L ）換不同濃度的正丁醇溶液，洗毛細(xì)管 2 次，重復(fù)步驟4;結(jié)束后整理儀器。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理1.原始數(shù)據(jù)室溫：23.80C大氣壓：101.12KPa初始左水柱高：23.32cm初始右水柱高：23.30cm表1高度測量數(shù)據(jù)第一次第二次第三次A h平均值/cm校正后A h/cm二次水119

7、.8026.6719.8026.6719.8026.676.876.89二次水 219.7726.7019.8026.7119.8026.716.926.940.021820.0526.4820.0526.4820.0526.486.436.450.054720.3026.2420.3026.2520.3026.255.955.970.11120.6925.8920.6825.8920.7025.895.205.220.22021.0825.5021.1025.5021.0925.504.414.430.32921.3625.2521.3625.2521.3625.253.893.910.43

8、921.5025.1021.4925.1121.4925.113.613.630.55021.6924.9021.7224.9121.7324.913.193.210.74021.9024.7021.9324.7121.9324.702.782.802.溶液表面張力水在25 C是表面張力7水=7 1 .9 7 X 1 0 3 N / mA h7 = 7用 水Ah水得表2 7 -c數(shù)據(jù)表1C/(mol/L )00.02180.054 70.1110.2200.3290.4390.5500.740/X10-3J皿（或X10-3N m-1）72.067.362.354.446.240.837.933

9、.529.21234567斜率-284.389-234.202-140.745-76.366-43.735-35.186-32.284取點(diǎn)X 值0.0100.02180.06620.1600.3130.4000.440取點(diǎn)y 值70.89267.85159.87650.30241.57338.16736.819y軸截 距73.73672.95769.19362.52055.26252.24151.024Z值2.8445.1069.31712.21813.68914.07414.205濃度 c/mol/L 圖Y-C關(guān)系圖表濃度 c/mol/L 圖Y-C關(guān)系圖表3圖1的相關(guān)數(shù)據(jù)表(EzEOWAtt

10、 尚國眠/ /(xlO-N- m-1)M od&lPolynomAdj. R-Squ0.99932ValueStandard EBIntercept71.93 09C.32551BB1-212J5359.05209BB26C 1.22558.3132SB03-B82.33C127.5 5064B日 4刁 +76.66087.70049LZC7 (mol/L)圖1原始F -c曲線圖吸附量r在-c取點(diǎn)做切線，求得z值，見表3.L Z由 一 RT 得表3 r計(jì)算數(shù)據(jù)1234567濃度C（mol/L）0.0100.02180.06620.1600.3130.4000.440Z/(10-3N m-1)2

11、.8445.1069.31712.21813.68914.07414.205r1.15X2.06X3.76X4.93 X5.52X5.68X5.73X/(mol/m2)10-610-610-610-610-610-610-6(C/0.8721.06X1.76X3.25X5.67X7.04X7.68Xr )/(m2/L)X104104104104104104104注：T=298.15K求q作r -c圖，c/r -c圖r ./icy moi jtl-a6.0605 -|6.0600 -6.0595 -6.0590 -6.0585 -6. D580 -6.0575 -6.0570 -6.0565 -

12、濃度c/molL-:0.5濃度c/molL-:0.5圖4 r-c關(guān)系圖圖5 er -c關(guān)系圖用 originPro 8 擬合得 k=1.58 X 105 m2/mol一 11，一 、r = = 158 10 =6.33 x 10-6 (mol m-2)q=0.262( nm2)r - NA 6.63 x 10-6 x 6.02 x1023qc的計(jì)算1018C=0.740mol/L r =5.73 X 10-6mol - m10181018 q = 0.248( nm 2)c2 5.73 X 10-6 X 6.02 X 1023 + 100(0.7400 X 6.02 X 1023)(2/3)T

13、N +10(cN )3思考與討論A六、思考題 本實(shí)驗(yàn)中r-C圖形應(yīng)該是怎樣的？將實(shí)驗(yàn)結(jié)果所求得的q值與理論值比較，討 論產(chǎn)生誤差的原因。答：隨著c的逐漸增大，r先快速增加，后來r逐漸減小，故曲線逐漸地趨于平 緩，且以8為極限。有文獻(xiàn)表明正丁醇分子截面積的理論值為0.28nm2，本 實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果與之接近，但偏小。誤差分析見下。七、討論誤差分析：1.系統(tǒng)誤差：氣泡終究是向水中冒的，不可避免外壓也受到水壓的影響。修正后公式 為：故可知所得的Y值偏大，又不能保證每一次Y偏大幅度比例相同，因此會(huì)帶 來誤差。由水的表面張力以及詢計(jì)算可知:=0.212 mm 2y2 x 71.97 x 10 =0.212

14、mmR r =毛細(xì)管半徑kx 6.92 X10-2 X 9.8 X1000P 水gh在數(shù)量級上與p水gR，故附加壓力P 水gh是10-1 mm數(shù)量級，這與水 柱的高度差相比，即使是實(shí)驗(yàn)中最小的液面高度差3.60cm,它引入的相對誤 差也只有也 r 0.3 %，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的結(jié)果還是比較小的。3.60cm毛細(xì)管的半徑也是一個(gè)因素。毛細(xì)管半徑太大，所需壓力將太小，導(dǎo)致 測定誤差增大；毛細(xì)管徑太小，將使出泡變得很困難而影響實(shí)驗(yàn)。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性也會(huì)對結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。2.隨機(jī)誤差：a.溫度：溶液的表面張力與溫度有關(guān)，溫度愈低，表面張力愈大。由于實(shí)驗(yàn)中的恒溫終歸不是絕對的，使得溶液表面張力隨著溫度的改變而發(fā)生些許的波 動(dòng)，造成了一定的隨機(jī)誤差。但實(shí)驗(yàn)中就注意為保證恒溫，測定管外應(yīng)保持 足夠高的水浴。b.c.d.液體的濃度b.c.d.表面張力也與液體的純度有關(guān)。我們需要測定的是已經(jīng)濃度對應(yīng)的表面 張力，故本次實(shí)驗(yàn)中每次換液時(shí)都應(yīng)該認(rèn)真仔細(xì)地潤洗，使得濃度不至于發(fā) 生改變而影響最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。毛細(xì)管的潔凈毛細(xì)管管徑很小，即使只是上了很少量的雜質(zhì)，也會(huì)導(dǎo)致毛細(xì)管旁液體 濃度明顯變化，影響結(jié)果。毛細(xì)管插入溶液中的深度這個(gè)因素直接影響測量