最大气泡法测定溶液中的吸附作用和表面张力的测定
1.1 实验目的及要求
1.了解表面张力的性质，表面能的意义以及表面张力和吸附的关系。
2.掌握一种测定表面张力的方法——最大气泡法。
3.学会计算乙醇水溶液的表面张力、表面吸附量及乙醇分子的横截面积。 1.2实验原理
1.物体表面分子和内部分子所处的境遇不同，表面层分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。如果把一个分子由内部迁移到表面，而增大表面积就需要对抗拉力而做功。在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面增加dA 所需对体系做的功，叫表面功。可以表示为：
-δw '＝σdA (1)
式中σ为比例常数，反映液体表面自动缩小趋势的能力。
显然σ在数值上等于当T 、p 和组成恒定的条件下增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功，也可以说是每增加单位表面积时体系自由能的增加值。环境对体系作的表面功转变为表面层分子比内部分子多余的自由能。因此，σ称为表面自由能，其单位是2
-?m J 。此单位可化为牛顿每米（1
/-m N ），据此可把σ看作是液体表面单位长度上的力，它导致缩小液体的表面积，此力称为表面积张力。表面张力是液体的重要特性之一，与所处的温度、压力、浓度以及共存的另一相的组成有关。纯液体的表面张力通常是指该液体与饱和了其本身蒸气的空气共存的情况而言。
2.液体表面层的组成与内部层相同，因此，纯液体降低体系表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。对于溶液则由于溶质会影响表面张力，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。
根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比溶液内部来得大。反之溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度来得低，这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫“溶液表面的吸附”。显然，在指定温度和压力下，吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。1878年，Gibbs 用热力学的方法推导出它们之间的数量关系式：
T
dc d RT c ???
??-
=Γσ （2） 式中Γ为溶液在表面层中的吸附量，即表面超量(
)3
-?dm
mol 单位
;σ为溶液的表面张力(
)2
-?m
J ；
T 为热力学温度；c 为溶液浓度()
3-?dm mol 单位；R 为气体常数。
当0
??T dc d σ时，0>Γ称为正吸附；反之，当0>???
??T
dc d σ时，0<Γ称为负吸附。前者表明加入
溶质使液体表面张力下降，此类物质称表面活性物质。后者表明加入溶质使液体表面张力升高，此类物质
称非表面活性物质。因此，从Gibbs 关系式可看出，只要测出不同浓度溶液的表面张力，以σ对c 作图，在c ~σ图的曲线上作不同浓度的切线，把切线的斜率代入Gibbs 吸附公式，即可求出不同浓度时气～液界面上的吸附量Γ。
在一定的温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir 等温式表示：
Kc
Kc
+?
Γ=Γ∞1 （3）
式中∞Γ为饱和吸附量，K 为经验常数，与溶质的表面活性大小有关。将(3)式取倒数可化成直线方程则：
∞
∞Γ+
Γ=ΓK c c 1
（4） 若以
Γ
c
对c 作图可得一直线，由直线斜率即可求出∞Γ。 假若在饱和吸附的情况下，在气——液界面上铺满竖直排列的一单分子层，1m 2
表面上溶质的分子数为L ?Γ∞（L 为阿佛加得罗常数）
，则可应用下式求得被测物质的横截面积0S 。 L
S ?Γ=
∞1
0 (5) 3．最大气泡法测定表面张力的装置和原理。
最大气泡法测表面张力的装置
将待测表面张力的液体装入带支管的试管中，盖上带有毛细管的塞子（组成表面张力仪）。当表面张力仪中的毛细管端面与待测液体面相切时，液面即沿毛细管上升。打开分液漏斗的活塞，使水缓慢下滴而减少系统压力。这样毛细管内液面上受到一个比试管中液面上大的压力，而把管中液面压至管口。当此压力差在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，便形成最大的气泡而从毛细管口逸出。这一最大压力差可由U 型压力计上读出。根据拉普拉斯方程，此压力差max p ?与毛细管口半径R 的关系式为
p 大气-p 系统 =max p ? (6)
这一最大压力差max p ?可用U 型压力计中最大的液柱差max h ?表示：
R
h g p m σ
ρ2max =
??=? （7） 式中ρ为U 型管中液体的密度，g 为重力加速度，因此
m h K h g ??=?=
max 2
1
ρσ （8） 式中：K 为仪器常数（亦称毛细管常数）。因此，以已知表面张力的液体为标准，从式(8)即可求出K 再测得其它液体的max h ?，便可计算其表面张力σ。 1．3仪器与药品
恒温装置1套，烧杯(25ml)1个，带有支管的试管(附木塞)1支，毛细管(半径为0.150mm ～0．020mm)1根，容量瓶(50mL)8只，数字式微压差测量仪1台，乙醇(分析纯)。 1．4实验步骤 1.安装仪器：
洗净仪器并按图装置。对需干燥的仪器作干燥处理。 2.配置乙醇溶液：
分别配制0．02mol/L ，0.05mol ／L ，0．10mol ／L ，0．15mol ／L ，0.20mol ／L ，0．25mol ／L ，0．30mol/L ，0．35mol/L 乙醇溶液各50mL 。 3. 调节恒温为25℃。
4.仪器常数测定，先以蒸馏水作为待测液测定其仪器常数。方法是将干燥的毛细管垂直地插到使毛细管的端点刚好与水面相切，打开滴液漏斗，控制滴液速度，使毛细管逸出的气泡，速度约为5s ～10s1个。在毛细管口气泡读出U 型管两边液面最大高度差max h ?。可读三次，取其平均值。通过手册 查出实验温度时水的表面张力，利用公式max /h K ?=σ，求出仪器常数K 。
5.待测样品表面张力的测定：
用待测溶液洗净试管和毛细管，加入适量样品于试管中，按照仪器常数测定的方法，测定不同待测样品的max h ?。计算其表面张力σ。 6.乙醇溶液的折光率测定：
每个样品测出max h ?后，随即用滴管吸取该溶液2~1滴，置于棱镜上，用阿贝折光仪测其折光率（D n ）。查工作曲线得各样品的准确浓度。 1.5实验注意事项
1.测定用的毛细管一定要洗干净，否则气泡可能不能连续稳定地流过，而使压差计读数I 不稳定，如发生此种现象，毛细管应重洗。
2.毛细管一定要保持垂直，管口刚好插到与液面接触。
3.杂质对σ的影响很大，配制溶液应使蒸馏水。
4.应读出气泡单个逸出时的最大压力差。
5.σ与温度密切相关，应使表面张力仪浸入恒温槽的水中。 1．6数据处理
1.由附录表中查出实验温度时水的表面张力，算出毛细管常数K 。
2.由实验结果计算各份溶液的表面张力σ，并作c ~σ曲线。
3．在c ~σ曲线上分别在0．050mol/L ，0．100mol ／L ，0．150mol ／L ，0．200mol ／L ，0．250mol ／L 和0．300mol ／L 处作切线，分别求出各浓度的T
dc d ???
??σ值，并计算在各相应浓度下的Γ。 4.用
Γ
c
对c 作图，应得一条直线，由直线斜率求出∞Γ。 5．根据公式(2.5)计算乙醇分子的横截面积S 。
σ?10(N/m) 5.6700 5.3832 4.3616 4.1550 3.6041 3.5237 3.2712 2.9958 7.1967 n D 25 1.3352 1.3361 1.3410 1.3429 1.3485 1.3489 1.3529 1.3576 C% 3.89 5.05 12.00 14.55 22.20 22.76 28.85 38.19 (?σ/?c)T ?103 -208.3 -170 -105.4 -70.74 -58.37 -53.18 -38.26 -16.55 Γ?106 (mol/m 2) 3.260 3.453 4.991 4.140 5.213 4.867 4.440 2.543 c/Γ?10-4
1.193
1.462
2.404
3.514
4.297
4.676
6.498
15.02
2.0
2.5
3.03.5
4.04.5
5.05.5
6.06.5
7.01
6
111621263136414651566166
σ?102—c%关系图
01234560
10
20
30
40
50
Γ?106—c%关系图
1.7思考题
1.用最大气泡法测定表面张力时为什么要读最大压力差?
解：若抽气速度太快，气泡的形成与逸出速度快而不稳定；亦使U 型压力计中的酒精所处的位置相对不稳定，来回速度跳动，致使读数不稳定，不易观察出其最高点而起到较大的误差。
2.如果毛细管末端插入溶液中进行测量行吗？为什么？
解：不行。若插入到液体内部形成气泡的表面张力就不等于液面的压力差，即γ
σ
2max ≠
?p 。在气泡
破裂之前，它所承受的最大压力差与浸入的深度、体积有关，即浮力、重力的等因素影响而测不准σ。
3.本实验中为什么要读取最大压力差？
解：分析毛细管口气泡的形成与破裂的过程中，气泡的半径与气泡膜表面张力的关系如图： 当γ→R 时，气泡的σ达到最大，此时等于()max 0max p p p -=?。当γ>R 时，σ减小；而继续抽气，
使压力差增大而导致气泡破裂。 1. 8讨论
1.若毛细管深入液面下Hcm ，则生成的气泡受到大气压和g H ρ的静液压。如能准确测知H 值，则根据12
2
p p ?-
?=
γ
γ
σg H p ρ=?1()来测定σ值。但若使毛细管口与液面相切，则H ＝0，消除了g H ρ项，
但每次测定时总不可能都使H ＝o ，故单管式表面张力仪总会引入一定的误差。有一种双管式表面张力测定仪，用两根半径不同的毛细管，细毛细管的半径r1约0．005cm ～0．01cm ，粗毛细管半径约为0．1cm ～0．2cm ，同时插入液面下相同深度，同法压入气体使在液面下生成气泡，由于管径不同，所需的最大压力也不相同，设粗，细两毛细管两者的压力差为p ?，则所测液体的表面张力可通过下式求得：
()p g r p A e ?+?=/69.012ρ
式中r2为粗毛细管半径，可由读数显微镜直接测量；A 为仪器的特性常数，可由已知表面张力液体的压力差而求得；ρ为被测液体的密度。这种仪器的优点，是毛细管插入液面的高低对结果没有影响，其准确度可达0.1％，但对粗细毛细管的孔径有一定要求。
2.测定表面张力的方法很多，如毛细管升高法、滴重（体积）法及圈环法等。
3.各种测定表面张力方法的比较：
圈环法精确度在1％以内，它的优点是测量快，用量少，计算简单，故对表面张力随时间而很快变化的胶体溶液特别有用。亦可来研究溶液表面温度的变化情况。如果利用适当的仪器也具有好的精度。最大的缺点是控制温度困难。对易挥发性液体常因部分挥发使温度较室温略低。最大气泡法所用设备简单，操作和计算也简单，一般用于温度较高的熔融盐表面张力的测定，对表面活性剂此法很难测准。毛细管上升法最精确(精确度可达o ．05％)，因而常用来作等张比容测定以研究分子的结构。但此法的缺点对样品润湿性要求极严，只有对管壁接触角"为。的样品才能得准确结果，而对口角不为。的样品，计算式中含有cos"项，而"角难以测准，因此毛细管法在应用上受到限制。滴体积法设备简单操作方便，准确度高，同时易于温度的控制，已在很多科研工作中开始应用，但对毛细管的要求较严，要求下口平整、光滑、无破口。
表2为不同方法测定表面张力方法的比较
方法 表面平衡情况
与润湿性关系 是否要p 值
仪器 温控 数据处理 毛细管法 很好 密切有关 要 测高仪或 读数显微镜 易 要校正 脱环法 好 有关 要① 扭力天平 不易 应加校正 气泡法 不平衡 基本无关 要① U 型压力计② 不易 应加校正 滴体积
接近平衡但不完全
基本无关
要
微量吸管或天平
易
要校正
实验温度 25 o C
σ?10(N/m) 5.348 4.673 4.211 3.786 3.398 3.283 3.102 2.982 7.197 n D 25 1.3368 1.3398 1.3428 1.3508 1.3529 1.3560 1.3330 C% 6.2 10.4 14.4 20.1 25.5 28.9 34.6 40.1 (?σ/?c)T ?103 Γ?106 (mol/m
2) c/Γ?10-4
2.0
2.5
3.03.5
4.04.5
5.05.5
6.06.5
7.01
6
111621263136414651566166
σ?102—c%关系图
实验七：溶液吸附法测定比表面 一、实验目的： 1、用溶液吸附法测定颗粒活性炭的比表面； 2、了解溶液吸附法测定比表面的基本原理； 3、进一步熟悉722型分光光度计的使用； 二、实验原理： (1) 比表面是指单位质量(或单位体积)的物质所具有的表面积，其数值与分散粒子大小有关。测定固体物质比表面的方法很多，常用的有BET低温吸附法、电子显微镜法和气相色谱法等，不过这些方法都需要复杂的装置，或较长的时间。而溶液吸附法测定固体物质比表面，仪器简单，操作方便，还可以同时测定许多个样品，因此常被采用，但溶液吸附法测定结果有一定误差。其主要原因在于：吸附时非球型吸附层在各种吸附剂的表面取向并不一致，每个吸附分子的投影面积可以相差很远，所以，溶液吸附法测得的数值应以其它方法校正之。然而，溶液吸附法常用来测定大量同类样品的相对值。溶液吸附法测定结果误差一般为10%左右。 (2) 水溶性染料的吸附已广泛应用于固体物质比表面的测定。在所有染料中，次甲基蓝具有最大的吸附倾向。研究表明，在大多数固体上，次甲基蓝吸附都是单分子层，即符合朗格缪尔型吸附。但当原始溶液浓度较高时，会出现多分子层吸附，而如果吸附平衡后溶液的浓度过低，则吸附又不能达到饱和，因此，原始溶液的浓度以及吸附平衡后的溶液浓度都应选在适当的范围内。本实验原始溶液浓度为0.2%左右，平衡溶液浓度不小于0.1%。 (3) 根据朗格缪尔单分子层吸附理论，当次甲基蓝与活性炭达到吸附饱和后，吸附与脱附处于动态平衡，这时次甲基蓝分子铺满整个活性粒子表面而不留下空位。此时吸附剂活性炭的比表面可按式(1)计算:
(1) 式中，S为比表面(m ·kg ); C为原始溶液的质量分数; C为平衡溶液的质量分数; G为溶液的加入量(kg); W为吸附剂试样质量(k g); 2.45×10 是1kg次甲基蓝可覆盖活性炭样品的面积(m ·kg )。 (4)次甲基蓝分子的平面结构如图4.1所示。阳离子大小为1.70×10 m×76×10 m×325×10 m。次甲基蓝的吸附有三种趋向：平面吸附，投影面积为1.35×10-18 m ；侧面吸附，投影面积为7.5×10-19 m ；端基吸附，投影面积为39.5×10 m 。对于非石墨型的活性炭，次甲基蓝可能不是平面吸附，也不是侧面吸附，而是端基吸附根据实验结果推算，在单层吸附的情况下，1mg次甲基蓝覆盖的面积可按2.45 m
溶液中的吸附作用和表面张力的测定 ——最大气泡压力法 【摘要】本实验采用最大气泡压力法测定了一系列不同浓度的正丁醇溶液的表面张力，并根据Gibbs吸附公式和Langmuir等温方程式的到了表面张力与溶液吸附作用的关系，用作图法求出了正丁醇分子横截面积，从实验上进一步了解表面张力的性质以及表面张力和吸附的关系，并得到了一个测量表面张力的简单有效而又精确的方法。 【关键词】最大气泡法表面张力吸附作用 一、前言 正丁醇是一种表面活性物质，可以使溶液表面张力下降。利用最大气泡压力法，可以测量出正丁醇溶液的表面张力。根据表面张力与气泡压力的关系，由σ-c曲线可以求出溶液界面上的吸附量和单个正丁醇分子的横截面积（S）。 1、物体表面的分子和内部分子能量也不同，表面层的分子受到向内的拉力，有自动缩小的趋势，表面分子的能量比内部分子大。体系产生新的表面（A）所需耗费功（W）的量，其大小应与A成正比。在等温下形成1m2新的表面所需的可逆功为，称为单位表面的表面能，其单位为N·m-1，通常称为表面张力。 2、纯液体情形下，表面层的组成与内部的组成相同，因此液体降低体系表面自由能的途径是缩小其表面积。对于溶液，溶质会影响表面张力，调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。根据能量最低
原理，溶质能降低溶液的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比溶液内部大。反之同理 。这种表面浓度与溶液里面浓度不同的现象叫“吸附”。 Gibbs 用热力学的方法推导出吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度间的关系式 ＝T c RT c ??? ??- ??σ 当( )?σ ?c T <0时， >0，称为正吸附。反之，( )?σ ?c T >0时， <0，称 为负吸附。 正丁醇溶液浓度极小时，溶质分子平躺在溶液表面上，当浓度增加到一定程度时，被吸附了的表面活性物质分子占据了所有表面形成了单分子的饱和吸附层。 在一定温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由Langmuir 等温方程式表示：ΓΓ=?+?∞K C K C 1 或 C C K ΓΓΓ=+ ∞∞ 1 以 C Γ ～C 作图可得一直线，由直线斜率即可求出Γ∞。在饱和吸附情况下，正丁醇分子在气－液界面上铺满一单分子层，则可求得正丁醇分子的横截面积S N 01 = ∞Γ~ 3、最大气泡压力法：当表面张力仪中的毛细管截面与欲测液面相齐时，液面沿毛细管上升。当此压力差在毛细管端面上产生的作用 力稍大于毛细管口溶液的表面张力时，气泡就从毛细管口逸出。 张力与浓度的关系图
竭诚为您提供优质文档/双击可除最大气泡法实验报告 篇一：最大气泡法测表面张力实验报告 最大气泡法测定溶液的表面张力 【实验目的】 1、掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。 2、了解弯曲液面下产生附加压力的本质，熟悉拉普拉斯方程，吉布斯吸附等温式，了解兰格缪尔单分子层吸附公式的应用。 3、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算饱和吸附量,由表面张力的实验数据求正丁醇分子的截面积及吸附层的厚度。 【实验原理】 1、表面张力的产生 纯液体和其蒸气组成的体系体相分子：自由移动不消耗功。表面分子：液体有自动收缩表面而呈球形的趋势。要使液体表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功以增加
分子位能。所以分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。 ?w=???A 如果ΔA为1m2，则-w′=σ是在恒温恒压下形成1m2新表面所需的可逆功，所以σ称为比表面吉布斯自由能，其单位为J·m-2。也可将σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为表面张力，其单位是n·m-1。液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。 2、弯曲液面下的附加压力 （1）在任何两相界面处都存在表面张力。表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向使表面积缩小的一侧。 （2）液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。 （3）液体的表面张力与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。（4）由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。3、毛细现象 （1）由于表面张力的作用，弯曲表面下的液体或气体与在平面下情况不同，前者受到附加的压力。
中级化学实验报告 实验名称：溶液吸附法测定固体比表面积 一、 实验目的 1． 用亚甲基蓝水溶液吸附法测定活性炭、硅藻土、碱性层析氧化铝 的比表面积。 2． 掌握溶液吸附法测定固体比表面积的基本原理和测定方法。 3． 了解溶液吸附法测定固体比表面积的优缺点。 二、 实验原理 测定固体物质比表面的方法很多，常用的有BET 低温吸附法、电子显微镜法和气相色谱法等，不过这些方法都需要复杂的装置，或较长的时间。而溶液吸附法测定固体物质比表面，仪器简单，操作方便，还可以同时测定许多个样品，因此常被采用，但溶液吸附法测定结果有一定误差。其主要原因在于：吸附时非球型吸附层在各种吸附剂的表面取向并不一致，每个吸附分子的投影面积可以相差很远，所以，溶液吸附法测得的数值应以其它方法校正之。然而，溶液吸附法常用来测定大量同类样品的相对值。溶液吸附法测定结果误差一般为10%左右。 根据光吸收定律，当入射光为一定波长的单色光时，某溶液的吸光度与溶液中有色物质的浓度及溶液层的厚度成正比 kc bc I I A ==-=ε0 lg (5) 式中，A 为吸光度，I 0为入射光强度，I 为透过光强度，为吸光系数，b 为光径长度或液层厚度，c 为溶液浓度。
亚甲基蓝溶液在可见区有2个吸收峰：445nm 和665nm 。但在445nm 处活性炭吸附对吸收峰有很大的干扰，故本试验选用的工作波长为665nm ， 并用分光光度计进行测量。 水溶性染料的吸附已广泛应用于固体物质比表面的测定。在所有染料中，亚甲基蓝具有最大的吸附倾向。研究表明，在大多数固体上，亚甲基蓝吸附都是单分子层，即符合朗格缪尔型吸附。但当原始溶液浓度较高时，会出现多分子层吸附，而如果吸附平衡后溶液的浓度过低，则吸附又不能达到饱和，因此，原始溶液的浓度以及吸附平衡后的溶液浓度都应选在适当的范围内。本实验原始溶液浓度为100ppm 左右，平衡溶液浓度不小于10ppm 。 亚甲基蓝具有以下矩形平面结构： S H H N N CH 3 H 3C CH 3 - 亚甲基蓝分子的平面结构如图所示。阳离子大小为1.70×10-10m ×76×10-10m ×325×10-10m 。亚甲基蓝的吸附有三种趋向：平面吸附，投影面积为1.35×10-18m 2；侧面吸附，投影面积为7.5×10-19m 2；端基吸附，投影面积为39.5×10-19m 2。对于非石墨型的活性炭，亚甲基蓝可能不是平面吸附，也不是侧面吸附，而是端基吸附根据实验结果推算，在单层吸附的情况下，1mg 亚甲基蓝覆盖的面积可按2.45m 2计算。而对Al 2O 3则可能是侧面吸附。求出各种固体对亚甲基蓝的饱和吸附量后，即可求出各种固体的比表面积。 三、 实验步骤
液体表面张力的测定 龚聪（同组人：郭舒隽） 2012.11.8 摘要 我们采用最大气泡压力法测定了不同浓度正丁醇溶液的表面张力，发现随着溶液浓度的升高，表面张力下降，说明正丁醇是一种表面活性物质。 引言 从毛细管鼓出空气泡时，为了克服溶液因表面张力产生的附加压力，毛细管内的压力（大气压）要高于样品管中的压力。附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比： 2p= r σ?（1），其中，p ?为附加压力；σ为表面张力；r 为气泡的曲率半径。若毛细 管很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平的，这时气泡的半径r 最大；随着气泡的形成，r 逐渐变小，直到气泡成为半球形时，r 等于毛细管的半径R ，附加压力最大，气泡进一步增大，r 变小，附加压力减小，直到气泡逸出。 最大的附加压力m ax 2=p R σ?（2），表面张力m ax =2 R p σ?（3）。 在测量过程中，我们使毛细管端面与液面相切，这样可以忽略鼓泡所需克服的静压力，表面张力可直接用式（3）计算。 对于同一支毛细管， 2 R 称为仪器常数，可用K 表示。我们用表面张力已知的标准物质 ——水来测定仪器的K 值：22= H O H O K p σ?（4）。式（3）可写为m ax =K p σ??（5）。 实验仪器与试剂 表面张力测定仪1套；100m L 容量瓶8个；500m L 烧杯一个；胶头滴管1个；洗瓶1个；碱式滴定管1支 -1 0.5mol L ?正丁醇溶液 实验装置如下图所示
方法 1. 正丁醇溶液的配制 分别向八支100m L 的容量瓶中加入4、8、12、16、20、28、36和40mL 的-10.5mol L ?正丁醇溶液，定容以配制0.02、0.04、0.06、0.08、0.10、0.14、0.18和0.20-1mol L ?的待测溶液并编号0-8。 2. 仪器常数K 的测定 洗净样品管和毛细管； 样品管中装入适量蒸馏水，调节样品管液面高度，使水面与毛细管端面相切； 打开数字压力计电源开关，旋转滴液漏斗上的活塞，使系统与大气相通，按下数字压力计上的“采零”键。关闭活塞，隔绝大气，打开漏斗活塞，水沿漏斗流下，系统的压力开始减小，此时有气泡从毛细管端逸出。控制出气泡的速度，每出一个气泡，压力计读数由小变大，再由大变小，读取6~7个该过程的最大示数。 3. 测定不同浓度正丁醇水溶液的m ax p ? 按照步骤2，从低浓度到高浓度分别测定正丁醇水溶液的m ax p ?。更换溶液时用待测溶液润洗样品管2~3次。 4. 关闭电源，倒掉所配溶液，用蒸馏水洗涤容量瓶和样品管。整理仪器。 数据 表格 1 计算 在本次实验条件下，标准物质—水在16.4°C 下的表面张力为-3 -1 68.7410N m ??。1 由式（4）得仪器常数22-3-4 3 68.7410 = = =2.18100.315010 H O H O K p σ???? 1 数据来源：《大学化学实验——有机及物理化学实验分册》（天津大学出版社）附录三，附表6-13
物理化学实验最大气泡压力法测定溶液表面张力C210 2010-04-12 T=286.15K P=85.02kPa 一、实验目的 1.掌握最大气泡法测定溶液表面张力的原理和方法 2.测水溶液的表面张力并计算定不同浓度正丁醇计算吸附量 3.加深对表面张力、表面自由能、表面张力和吸附量关系的理解 二、实验原理 处于溶液表面的分子,受到不平衡的分子间力的作 用而具有表面张力s. 气泡最大压力法测定表面张力装置见实物；实验中 通过滴水瓶滴水抽气使得体系压力下降，大气压与体系 压力差△p逐渐把毛细管中的液面压至管口，形成气泡。 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和毛细管半径r相等，曲率半径达 最小值，根据拉普拉斯公式得:附加压力达最大值ΔP max =σ/r min。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小， 直到气泡逸出。 加入表面活性物质时溶液的表面张力会下降,溶质 在表面的浓度大于其在本体的浓度,此现象称为表面吸 附现象; 单位溶液表面积上溶质的过剩量称为表面吸附量Γ, Γ=-(c/RT)*( dσ/dc). 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Γ与溶液本体浓度c之间的关系符合朗格谬尔吸附等温式: Γ=Γ∞*kc/1+kc 朗格谬尔吸附等温式的线性形式为: c/Γ=c/Γ∞+1/kΓ∞ Γ∞为饱和吸附时,单位溶液表面积上吸附的溶质的物质的量，则每个溶质分子在溶液表面上的吸附截面积为:A m=1/(N A*Γ∞) 三、仪器与试剂 恒温槽装置；数字式微压差计； 抽气瓶l个；表面张力测定仪 烧杯（1000mL）；T形管1个； 电导水； 正丁醇（A.R.）及其不同浓度的标准溶液； 四、实验步骤 1．仪器常数的测定 将表面张力测定仪清洗干净；在干净的表面张力测定仪中装入电导水，使毛细管上端塞子塞紧时，毛细管刚好与液面垂直相切；抽气瓶装满水，连接好后旋开下端活塞使水缓慢滴出；控制流速使气泡从毛细管平稳脱出（每个气泡4-6秒），记录气泡脱出瞬间数字微压差计的最大数值，取三次并求平均值。 2.测定正丁醇溶液的表面张力 用同样的方法测定不同浓度的正丁醇溶液的最大压差，由稀到浓依次测定；每个浓度的溶液测量前，表面张力测定仪和毛细管一起用该溶液荡洗二至三次；每份溶液恒温至少3－5min之后，开始读数。 3. 重复测定电导水的数据。 注意事项:仪器系统不能漏气；测定用的毛细管一定要洗干净，否则气泡可能不能连续稳定的流过，而使压差计读数不稳定，如发生此种现象，毛细管应重洗；毛细管端口一定要刚好垂直切入液面，不能离开液面，但亦不可深插；在数字式微压差测量仪上，应读出气泡单个逸出是的最大压力差；正丁醇溶液要准确配置，使用过程防止挥发损失；从毛细管口脱出气泡每次应为一个，即间断脱出；表面张力和温度有关，因此要等溶液恒温后再测量。
学号：201114120222 基础物理化学实验报告 实验名称：溶液表面张力的测定 应用化学二班班级 03 组号 实验人姓名： xx 同组人姓名：xxxx 指导老师：杨余芳老师 实验日期： 2013-11-12 湘南学院化学与生命科学系 一、实验目的
1、测定不同浓度正丁醇（乙醇）水溶液的表面张力； 2、了解表面张力的性质，表面自由能的意义及表面张力和吸附的关系； 3、由表面张力—浓度曲线（σ—c 曲线）求界面上吸附量和正丁醇分子的横截面积S ； 4、掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 二、实验原理 测定液体表面张力的方法很多，如毛细管升高法、滴重法、环法、滴外形法等等。本实验采用最大泡压法，实验装置如图一所示。 图一中A 为充满水的抽气瓶；B 为直径为0.2～0.3mm 的毛细管；C 为样品管；D 为U 型压力计，内装水以测压差；E 为放空管；F 为恒温槽。 图一 最大泡压法测液体表面张力仪器装置图 将毛细管竖直放置，使滴口瓶面与液面相切，液体即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活栓，让水缓缓滴下，使样品管中液面上的压力渐小于毛细管内液体上的压力（即室压），毛细管内外液面形成一压差，此时毛细管内气体将液体压出，在管口形成气泡并逐渐胀大，当压力差在毛细管口所产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡破裂，压差的最大值可由U 型压力计上读出。 若毛细管的半径为r ，气泡从毛细管出来时受到向下的压力为： 式中，△h 为U 型压力计所示最大液柱高度差，g 为重力加速度，ρ为压力计所贮液体的密度。 气泡在毛细管口所受到的由表面张力引起的作用力为2πr?γ，气泡刚脱离管口时，上述二力相等： 若将表面张力分别为和的两种液体用同一支毛细管和压力计用上法测出各 g h p p p ρ?=-=系统大气m ax r g h r p rr πρππ22m ax 2=?=γπρππr g h r p r 22m ax 2 =?=g h r ργ?=2
实验报告溶液吸附法测固体比表面积 一、实验目的: 1.用次甲基蓝水溶液吸附法测定颗粒活性炭的比表面积。 2.了解朗缪尔单分子层吸附理论及用溶液法测定比表面的基本原理。 二、实验原理 见预习报告 三．仪器和试剂： 1、仪器 722型光电分光光度计及其附件1台；康氏振荡器1台；容量瓶(500mL)6个；容量瓶(50mL,100mL)各5个；2号砂心漏斗1只，带塞锥形瓶(100mL)5个；滴管若干；移液管若干。 2、试剂 次甲基蓝(质量分数分别为0.2%和0.1%的原始溶液和标准溶液)；颗粒状非石墨型活性炭。 四、实验步骤: 1.样品活化： 将颗粒活性炭置于瓷坩埚中，放入500℃马弗炉中活化1h，然后置于干燥器中备用。 试验中用到的活性炭为颗粒状，已经由老师制备好，此步骤略去。 2.平衡溶液： 取5个洁净干燥的100mL带塞锥形瓶，编号，分别准确称取活性炭约0.1g 置于瓶中，记录活性炭的用量。按下表中的数据配制不同浓度的次甲基蓝溶液，然后塞上磨口瓶塞，放置在振荡器上振荡适当时间，振荡速率以活性炭可翻动为（实验所用振荡器100r左右为宜） 吸附样品编号 1 2 3 4 5 V(w0.2%次甲基蓝溶液)/mL 30 20 15 10 5 V(蒸馏水)/mL 20 30 25 40 45 样品振荡达到平衡后，将锥形瓶取下，用玻璃漏斗（塞上棉花）过滤，得到吸附平衡后溶液。分别量取滤液1g，放入500mL容量瓶中，并用蒸馏水稀释至刻度，待用。 3.原始溶液 为了准确称取质量分数约为0.2%的次甲基蓝原始溶液（此浓度为一近似值，
故需进一步测量），称取1g溶液放入500mL容量瓶中，并用蒸馏水稀释至刻度，待用。 4.次甲基蓝标准溶液的配制 用移液管吸取0.5mL，1mL，1.5mL，2mL，2.5mL质量分数0.01%标准次甲基蓝溶液于100mL容量瓶中。用蒸馏水稀释至刻度，即得2×10-6、4×10-6、6×10-6、8×10-6、10×10-6的标准溶液，待用。次甲基蓝溶液的密度可以用水的密度代替。 5.选择工作波长 对于次甲基蓝溶液，工作波长为665nm，由于各台分光光度计波长刻度略有误差，可取某一待用标准溶液，在600~700nm范围内每隔5nm测量消光值，以吸光度最大的波长作为工作波长。 测量时发现最大吸收波长为660nm. 6.测量吸光度 以蒸馏水为空白溶液，在选定的工作波长下，分别测量5个标准溶液、5个稀释后平衡溶液以及稀释后的原始溶液的吸光度。 7.实验测定完成，关闭分光光度计，倒掉比色皿中溶液，用蒸馏水、乙醇洗净，放入盒中。倒掉残余的亚甲基蓝溶液，洗净各类玻璃仪器，整理试验台，指导老师签字。 五．数据记录 ①最大工作波长的测量，以质量分数10×10-6的标准溶液为待测液 入射波长 / nm 吸光度 A 入射波长 / nm 吸光度 A 6100.313 6150.315 6200.325 6250.324 6300.336 6350.368 6400.406 6450.456 6500.502 6550.541 6600.572 6650.574 670 0.525 675 6800.292 685 画出吸收曲线
最大气泡法测定溶液的表面张力 【实验目的】 1、掌握最大泡压法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。 2、了解弯曲液面下产生附加压力的本质，熟悉拉普拉斯方程，吉布斯吸附等温式，了解兰格缪尔单分子层吸附公式的应用。 3、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算饱和吸附量, 由表面张力的实验数据求正丁醇分子的截面积及吸附层的厚度。 【实验原理】 1、表面张力的产生 纯液体和其蒸气组成的体系体相分子：自由移动不消耗功。表面分子：液体有自动收缩表面而呈球形的趋势。要使液体表面积增大就必须要反抗分子的内向力而作功以增加分子位能。所以分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。 W=A σ-?g 如果ΔA 为1m 2，则-W ′=σ是在恒温恒压下形成1m 2新表面所需的可逆功，所以σ称 为比表面吉布斯自由能，其单位为J·m -2。也可将σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为表面张力，其单位是N·m -1。液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。 2、弯曲液面下的附加压力 （1）在任何两相界面处都存在表面张力。表面张力的方向是与界面相切，垂直作用于某一边界，方向指向使表面积缩小的一侧。 （2）液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体不分，表面张力趋近于零。 （3）液体的表面张力与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。 （4）由于表面张力的存在，产生很多特殊界面现象。 3、毛细现象 （1）由于表面张力的作用，弯曲表面下的液体或气体与在平面下情况不同，前者受到附加的压力。
学号：201214140123 基础物理化学实验报告 实验名称：溶液表面张测定 12届药学班级1组号 实验人姓名：李楚芳 同组人姓名：罗媛，兰婷 指导老师：邓斌 实验日期：2014-05-30
湘南学院化学与生命科学系 一、 实验目的： 1．加深理解表面张力的性质，表面吉布斯能的意义以及表面张力和吸附的关系。 2. 掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 二、 主要实验原理，实验所用定律、公式以及有关文献数据： 当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化。根据能量最低原理，若溶液质能降低溶剂的表面张力，则表面层溶质的浓度应比溶液内部的浓度大；如果所加溶质能使溶剂的表面张力增加，那么，表面层溶液质的浓度应比内部低。这种现象为溶液的表面吸附。用吉布斯公式(Gibbs )表示： T c σ )d d (RT c Γ- = (1)式 式中，Г为表面吸附量(mol.m -2)；σ为表面张力（J.m -2）；Ｔ为绝对温度（Ｋ）；Ｃ为溶液浓度（mol/L ）；)(dc d σ T 表示在一定温度下表面张力随浓度的改变率。
当 )( dc d σ T < 0，Г>0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附作用。 )( dc d σ T >0，Г<0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶液表面层的 浓度小于内部的浓度，称为负吸附作用。 可见，通过测定溶液的浓度随表面张力的变化关系可以求得不同浓度下溶液的表面吸附量。 本实验采用最大气泡压力法测定正丁醇水溶液的表面张力值。将欲测表面张力的液体装入试管中，使毛细管的端面与液面相切，液体即沿毛细管上升，直到液柱的压力等于因表面张力所产生的上升力为止。若管内增加一个与此相等的压力，毛细管内液面就会下降，直到在毛细管端面形成一个稳定的气泡；若所增加的压力稍大于毛细管口液体的表面张力，气泡就会从毛细管口被压出。可见毛细管口冒出气泡的需要增加的压力与液体的表面张力成正比。 σ=K △p 式中K 与毛细管的半径有关，对同一支毛细管是常数，可由已知表面张力的液体求得。本实验通过蒸馏水来测得。 由实验测得不同浓度时的表面张力，以浓度为横坐标，表面张力为纵坐标，得σ-c 图，过曲线上任一点作曲线的切线和水平线交纵坐标于b1，b2两点，则曲线在该点的斜率为 c b b c 0b b d d 2121c σ--=--=
溶液吸附法测定比表面积 ——杨兰森（20096842） 一、实验目的 (1) 用溶液吸附法测定颗粒活性炭的比表面。 (2)了解溶液吸附法测定比表面的基本原理。 (3)了解721型分光光度计的基本原理并熟悉使用方法。 二、实验原理 (1) 比表面是指单位质量(或单位体积)的物质所具有的表面积，其数值与分散粒子大小有关。测定固体物质比表面的方法很多，常用的有BET低温吸附法、电子显微镜法和气相色谱法等，不过这些方法都需要复杂的装置，或较长的时间。而溶液吸附法测定固体物质比表面，仪器简单，操作方便，还可以同时测定许多个样品，因此常被采用，但溶液吸附法测定结果有一定误差。其主要原因在于：吸附时非球型吸附层在各种吸附剂的表面取向并不一致，每个吸附分子的投影面积可以相差很远，所以，溶液吸附法测得的数值应以其它方法校正之。然而，溶液吸附法常用来测定大量同类样品的相对值。溶液吸附法测定结果误差一般为10%左右。 (2) 水溶性染料的吸附已广泛应用于固体物质比表面的测定。在所有染料中，次 甲基蓝具有最大的吸附倾向。研究表明，在大多数固体上，次甲基蓝吸附都是单分子层，即符合朗格缪尔型吸附。但当原始溶液浓度较高时，会出现多分子层吸附，而如果吸附平衡后溶液的浓度过低，则吸附又不能达到饱和，因此，原始溶液的浓度以及吸附平衡后的溶液浓度都应选在适当的范围内。本实验原始溶液浓度为0.2%左右，平衡溶液浓度不小于0.1%。 (3) 根据朗格缪尔单分子层吸附理论，当次甲基蓝与活性炭达到吸附饱和后，吸附与脱附处于动态平衡，这时次甲基蓝分子铺满整个活性粒子表面而不留下空位。此时吸附剂活性炭的比表面可按式(1)计算: (1) 式中，S0为比表面(m2·kg-1); C0为原始溶液的质量分数; C为平衡溶液的质量分数;
. . 物理化学实验备课材料 实验17 液体表面张力的测定 一、基本介绍 液体的表面张力是指液体与它的蒸气成平衡时体系的界面张力。液体表面张力常常是在空气中测定的。当气相是一个处于低压或中压的惰性气体时，一般液体表面张力值与气相的组成几乎无关。液体的表面张力，源于液体相界面分子受力不平衡，意为相表面的单位长度收缩力，用“σ"表示，其单位是焦耳/平方米(J·m-2)或牛/米(N·m-1).液体表面张力的测定，不仅可以加深对表面张力这一物系热力学性质的认识，而且可以研究表面活性剂的表面活性、分子的横截面积、分子长度等。 二、实验目的1、掌握最大气泡法测定表面张力的原理，了解影响表面张力测定的因素。 2、测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，计算吸附量, 由表面张力的实验数据求分子的截面积及吸附层的厚度。 三、实验原理 1、溶液中的表面吸附 从热力学观点来看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总自由能减小的过程，欲使液体产生新的表面ΔA，就需对其做功，其大小应与ΔA 成正比： －W′＝σ·ΔA(1) 如果ΔA为1m2，则－W′＝σ是在恒温恒压下形成1m2新表面所需的可逆功，所以σ称为比表面吉布斯自由能，其单位为J·m-2。也可将σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，称为表面张力，其单位是N·m-1。在定温下纯液体的表面张力为定值，当加入溶质形成溶液时，表面张力发生变化，其变化的大小决定于溶质的性质和加入量的多少。根据能量最低原理，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低，这种表面浓度与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
物理化学实验报告 学号 姓名
固液吸附法（醋酸在活性炭上的吸附）测定比表面 一、实验目的 1.用溶液吸附法测定活性炭的比表面。 2.了解溶液吸附法测定比表面的基本原理。 二、预习要求 1.掌握比表面的概念及其计算式。 2.明确实验所测各个物理量的意义，并掌握测定方法。 三、实验原理 实验表明在一定浓度范围内，活性炭对有机酸的吸附符合朗格缪尔(Langmuir)吸附方程： K C 1K C ∞ Γ=Γ+ (1) 式中，Г表示吸附量，通常指单位质量吸附剂上吸附溶质的摩尔数；Г∞表示饱和吸附量；C 表示吸附平衡时溶液的浓度；K 为常数。将(1)式整理可得如下形式： C 11C K ∞∞ = +ΓΓΓ (2) 作C /Г—C 图，得一直线，由此直线的斜率和截距可求常数K 。 如果用醋酸作吸附质测定活性炭的比表面则可按下式计算： 23 20 0S 6.02310 2.4310 -∞=Γ???? (3) 式中，S 0为比表面(m 2·kg -1)；Г∞为饱和吸附量(mol·kg -1)；6.023×1023为阿佛加德罗常数；24.3×10-20为每个醋酸分子所占据的面积(m 2)。 四、仪器与药品 1.仪器 带塞三角瓶(250mL)5个；三角瓶(150mL)5个；滴定管1只；漏斗；移液管；电动振荡器1台。 2.药品
活性炭；HAc 溶液(0.4mol·dm -3)；标准NaOH 溶液(0.1mol·dm -3)；酚酞指示剂。 五、实验步骤 1.准备5个洗净干燥的带塞三角瓶，分别称取约1g(准确到0.001g)的活性炭，并将5个三角瓶标明号数，用滴定管分别按下列数量加入蒸馏水与醋酸溶液。 2.将各瓶溶液配好以后，用磨口瓶塞塞好，并在塞上加橡皮圈以防塞子脱落，摇动三角瓶，使活性炭均匀悬浮于醋酸溶液中，然后将瓶放在振荡器上，盖好固定板，振荡30min 。 3.振荡结束后，用干燥漏斗过滤，为了减少滤纸吸附影响，将开始过滤的约5mL 滤液弃去，其余溶液滤于干燥三角瓶中。 4.从1，2号瓶中各取1 5.00mL ，从3，4，5号瓶中各取30.00mL 的醋酸溶液，用标准NaOH 溶液滴定，以酚酞为指示剂，每瓶滴二份，求出吸附平衡后醋酸的浓度。 5.用移液管取5.00mL 原始HAc 溶液并标定其准确浓度。 六、数据处理 重新标定醋酸浓度：() N aO H 0.098/c m o l L =①用掉()121.98N a O H V m l =，解出10.431/c m ol L =②用掉() 221.54N a O H V m l =，解出2 0.422/c m ol L =。取平均值 ()0.4265/H A C c m o l L =
溶液表面张力的测定（拉环法） 一实验目的 （1）了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系。（2）通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇分子的横截面积，掌握拉环法测定表面张力的原理和技术。二实验原理 （1）表面张力 在温度、压力、组成恒定时，每增加单位表面积，体系的吉布斯自由能的增值称为表面吉布斯自由能（J·m-2），用γ表示。也可以看作是垂直作用在单位长度相界面上的力，即表面张力（N·m-1）。位表面层上分子比同数量内层分子引起体系自由能的增加量称为比表面自由能。比表面和表面张力在数值和量纲上一致，故常用表面张力度量比表面自由能。 （2）影响表面张力的因素 液体的表面张力与温度有关，温度越高，表面张力越小。液体的表面张力与液体的浓度有关，在溶剂中加入溶质，表面张力就会发生变化。 （3）表面张力与吸附量的关系 表面张力的产生是由于表面分子受力不均衡引起的，当加入一种物质后，对某些溶液（包括内部和表面）及固体的表面结构会带来强烈的影响，则必然引起表面张力的改变。如果溶质加入能降低表面吉布斯自由能时，边面层溶质浓度比内部大；反之增加表面吉布斯自由
能时，则溶液在表面的浓度比内部小。由此可见，在指定温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力有关，即吉布斯等温吸附方程： Γ= -（dγ/dc）T（c/RT） 其中Γ为溶质的表面超额，c 为溶质的浓度，γ为溶液的表面张力 a若dγ/dc＜0，Γ＞0，为正吸附，表面层溶质浓度大于本体溶液，溶质是表面活性剂。 b若dγ/dc＞0，Γ＜0，为负吸附，表面层溶质浓度小于本体溶液，溶质是非表面活性剂。 溶液的饱和吸附量： c/Γ= c/Γ∞＋1/KΓ∞ 分子的截面积： S B = 1/（Γ∞L） L=6.02×1034 （4）吊环法测表面张力的原理 测表面张力的方法很多，有毛细管上升法，滴重法，最大气泡压力法，吊环法等。吊环法是将吊环浸入溶液中，然后缓缓将吊环拉出溶液，在快要离开溶液表面时，溶液在吊环的金属环上形成一层薄膜，随着吊环被拉出液面，溶液的表面张力将阻止吊环被拉出，当液膜破裂时，吊环的拉力将达到最大值。自动界面张力仪将记录这个最大值P。按照公式校正后，可以得出溶液的表面张力数值γ。校正因子： F=0.7250+（0.01452P/C2D+0.04534-1.679r/R）1/2式中P：界面张力仪显示读数值mN·m-1
最大气泡法测定溶液中的吸附作用和表面张力的测定 1.1 实验目的及要求 1.了解表面张力的性质，表面能的意义以及表面张力和吸附的关系。 2.掌握一种测定表面张力的方法——最大气泡法。 3.学会计算乙醇水溶液的表面张力、表面吸附量及乙醇分子的横截面积。 1.2实验原理 1.物体表面分子和内部分子所处的境遇不同，表面层分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。如果把一个分子由内部迁移到表面，而增大表面积就需要对抗拉力而做功。在温度、压力和组成恒定时，可逆地使表面增加dA 所需对体系做的功，叫表面功。可以表示为： -δw '＝σdA (1) 式中σ为比例常数，反映液体表面自动缩小趋势的能力。 显然σ在数值上等于当T 、p 和组成恒定的条件下增加单位表面积时所必须对体系做的可逆非膨胀功，也可以说是每增加单位表面积时体系自由能的增加值。环境对体系作的表面功转变为表面层分子比内部分子多余的自由能。因此，σ称为表面自由能，其单位是2 -?m J 。此单位可化为牛顿每米（1 /-m N ），据此可把σ看作是液体表面单位长度上的力，它导致缩小液体的表面积，此力称为表面积张力。表面张力是液体的重要特性之一，与所处的温度、压力、浓度以及共存的另一相的组成有关。纯液体的表面张力通常是指该液体与饱和了其本身蒸气的空气共存的情况而言。 2.液体表面层的组成与内部层相同，因此，纯液体降低体系表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。对于溶液则由于溶质会影响表面张力，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。 根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比溶液内部来得大。反之溶质使溶剂的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度来得低，这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫“溶液表面的吸附”。显然，在指定温度和压力下，吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。1878年，Gibbs 用热力学的方法推导出它们之间的数量关系式： T dc d RT c ??? ??- =Γσ （2） 式中Γ为溶液在表面层中的吸附量，即表面超量( )3 -?dm mol 单位 ;σ为溶液的表面张力( )2 -?m J ； T 为热力学温度；c 为溶液浓度()3-?dm mol 单位；R 为气体常数。 当0Γ称为正吸附；反之，当0>??? ??T dc d σ时，0<Γ称为负吸附。前者表明加入溶质使液体表面张力下降，此类物质称表面活性物质。后者表明加入溶质使液体表面张力升高，此类物质
实验二十固液吸附法测定比表面(醋酸在活性炭上的吸附) 一、实验目的 同(一)次甲基蓝在活性炭上的吸附 【实验原理】 实验表明在一定浓度范围内,活性炭对有机酸的吸附符合朗格缪尔(Langmuir)吸附方程: (2) 式中,Г表示吸附量,通常指单位质量吸附剂上吸附溶质的摩尔数;Г∞表示饱和吸附量;C表示吸附平衡时溶液的浓度;K为常数.将(2)式整理可得如下形式: (3) 作C/Г-C图,得一直线,由此直线的斜率和截距可求Г∞和常数K. 如果用醋酸作吸附质测定活性炭的比表面时,可按下式计算: S0=Г∞×6.023×1023×24.3×10-20 (4) 式中,S0为比表面(m2·kg-1);Г∞为饱和吸附量(mol·kg-1);6.023×1023为阿佛加德罗常数;24.3×10-20为每个醋酸分子所占据的面积(m2). 式(3)中的吸附量Г可按下式计算 (5) 式中,C0为起始浓度;C为平衡浓度;V为溶液的总体积(dm3);m为加入溶液中吸附剂质量(kg). 【仪器药品】 带塞三角瓶(250mL,5只);三角瓶(150mL,5只);滴定管1支;漏斗1只;移液管1支;电动振荡器1台. 活性炭;HAc(0.4mol·dm-3);NaOH (0.1000mol·dm-3);酚酞指示剂. 【实验步骤】 1. 取5个洗净干燥的带塞三角瓶,分别放入约1g(准确到0.001g)的活性炭,并将5个三角瓶标明号数,用滴定管分别按下列数量加入蒸馏水与醋酸溶液. 瓶号 1 2 3 4 5 V蒸馏水 /mL 50.00 70.00 80.00 90.00 95.00 V醋酸溶液/mL 50.00 30.00 20.00 10.00 5.00 2. 将各瓶溶液配好以后,用磨口瓶塞塞好,并在塞上加橡皮圈以防塞子脱落,摇动三角瓶,使活
【目的要求】 1. 了解表面自由能、表面张力的意义及表面张力与吸附的关系。 2. 掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。 3. 通过测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力，计算吉布斯表面吸附量和乙醇分子的横载面积。 4. 学会以镜面法作切线，并利用吉布斯吸附公式计算不同浓度下正丁醇溶液的表面吸附量。 5. 求正丁醇分子截面积和饱和吸附分子层厚度。 【基本原理】 在液体的内部任何分子周围的吸引力是平衡的。可 是在液体表面层的分子却不相同。因为表面层的分子， 一方面受到液体内层的邻近分子的吸引，另一方面受到 液面外部气体分子的吸弓I,而且前者的作用要比后者大。 因此在液体表面层中，每个分子都受到垂直于液面并指 向液体内部的不平衡力（如图1所示）。 这种吸引力使表面上的分子向内挤促成液 体的最小面积。要使液体的表面积增大就必须要 图1分子间作用力示意图 反抗分子的内向力而作功增加分子的位能。所以 说分子在表面层比在液体内部有较大的位能，这位能就是表面自由能。通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的变化值ΔG称为单位表面的表面能其单位为J. m-3。而把液体限制其表面及力图使它收缩的单位直线长度上所作用的力，称为表面张力， 其单位是N.m-1。 液体单位表面的表面能和它的表面张力在数值上是相等的。欲使液体表面积加△S时，所消耗 的可逆功A为： -A= ΔG= σΔS 液体的表面张力与温度有关，温度愈高，表面张力愈小。到达临界温度时，液体与气体 不分，表面张力趋近于零。液体的表面张力也与液体的纯度有关。在纯净的液体（溶剂）中如果掺进杂质（溶质），表面张力就要发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。当加入溶质后，溶剂的表面张力要发生变化，。根据能量最低原理，若溶液质能降 低溶剂的表面张力，则表面层溶质的浓度应比溶液内部的浓度大；如果所加溶质能使溶剂的 表面张力增加，那么，表面层溶液质的浓度应比内部低。这种现象为溶液的表面吸附。用吉布斯公式（GibbS）表示： ⑴式 式中，Γ为表面吸附量（mol.m-2）; σ为表面张力（J.m-2）; T为绝对温度（K） ;C为溶液浓度（mol/L ）; 表示在一定温度下表面张力随浓度的改变率。
实验五溶液吸附法测定固体比表面积 一、实验目的 了解Langmuir吸附理论及溶液法测定比表面积的基本原理 二、实验原理 比表面积是粉末及多孔性物质的一个重要特性参数。它在催化、色谱、环保及纺织等生产和科研部门有着广泛的应用。 测定比表面积的方法有电子显微镜法、色谱法及BET法。常用BET法（又分静态法和动态法），但仪器及数据处理复杂是其缺点。而本法所用仪器简单，操作方便。 本实验采用亚甲蓝染料水溶液吸附法测定硅胶的比表面积，亚甲蓝具有很强的吸附倾向，可被大多数固体物质吸附，在一定条件下为单层吸附，该吸附具有Langmuir吸附特征。 根据Langmuir理论，当吸附达饱和时，吸附质（亚甲蓝）分子铺满整个吸附剂（硅胶）表面而不留下空位。此时，单位质量的吸附质分子所占的面积就等于被吸附的吸附质的分子数与每个分子在表面层所占面积的乘积。通常通过测定吸附质的重量而求得吸附质分子数。按下式计算吸附剂的比表面积S(m2/g): S=Γ∞N A A/ΓM 5-1 式中：M为吸附质分子量（亚甲蓝的分子量为373.88），N A为阿弗伽德罗常数 （6.0222 ×1023），Γ为吸附剂的质量（g），Γ∞为吸附达饱和时吸附质的质量（g），A为吸附质（亚甲蓝）分子吸附投影面积。 亚甲蓝易溶于水呈天蓝色，在空气中较稳定，不易受吸附剂酸碱性的影响。亚甲蓝水溶液在445nm和665nm处具有吸收峰，用紫外分光光度计测定吸附前后溶液吸收度值的变化，求出Γ∞。 由于亚甲蓝分子具有矩形结构，分子长16.0 ?，宽8.4 ?，最小的宽度为4.7 ?，如下图所示：它吸附于吸附剂上有三种取向，平面吸附投影面积为135 ?2，侧面吸附投影面积为75 ?2，端积吸附投影面积为39.5 ?2。因此，对于不同吸附剂或同种吸附剂的不同条件，吸附取向不同，投影面积也不同，测得的A也不同。所以实验时要严格控制实验条件的一致。通常用已知比表面积的样品，实验测得Γ∞和Γ，用上式反求A。 三、仪器和试剂 水浴振荡器亚甲蓝硅胶蒸馏水 四、实验操作 1.配制0.05mg/ml亚甲蓝标准液的配制 水为溶剂。 2.硅胶比表面积的测定 精密量0.05mg/ml亚甲蓝标准液15ml加入50ml具塞三角瓶中，共三份，然后准确称未知硅胶15mg加入，盖塞，在振荡器上振荡2小时，静置后取滤液稀释4倍，加水稀释至刻度。以蒸馏水为空白分别测定溶液的吸收度，按标准曲线计算溶液浓度。 3.亚甲蓝吸附投影面积的测定 除样品用已知比表面积的微粉硅胶，其余操作和步骤2一致。将已知比表面积S和测得的Γ和Γ∞代入式S=Γ∞N A A/ΓM，求得A值。 4.亚甲蓝标准曲线的绘制 用水稀释得到分别浓度为2.5μg/ml，5μg/ml，7.5μg/ml，10μg/ml，12.5μg/ml， 15μg/ml的溶液，以蒸馏水为空白分别测定溶液吸收度，以吸收度值对溶液浓度（μg/ml）进行直线拟合，得拟合直线方程。 五、实验数据及处理