物理化学实验报告-溶液中的吸附作用和表面张力的测定实验报告

实验十二溶液中的吸附作用和表面张力的测定

摘要：本实验采用最大气泡压力法测定了液体表面张力，通过对不同浓度下正丙醇溶液的表面张力研究其和浓度之间的关系。初步探讨了表面张力的性质、表面能的意义以及表面张力和吸附作用的关系。

关键词：吸附作用、表面张力、最大气泡法

The measurement of the adsorption effect and

surface tension

Abstract：In this experiment, according to Gibbs formula and Langmuir equal-temperature equation, we apply the biggest bladder pressure method to research the relationship between the amount of absorption and the consistency of a substance in the solution besides the surface tension. The phenomenon show that the consistency of a substance in the surface of the solution is different from that inside is called absorption.

Keyword：Surface tension, The biggest bubble pressure method, Absorption effect

1. 序言

物体表面的分子和内部的分子所处的境况不同，因此能量也不同，表面张力就是内部分子对表面分子的作用力，它是液体的重要属性之一，与所处的温度、压力、液体的组成共存的另一面的组成等因素都有关。对于溶液，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，溶质使溶液的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低，这种表面浓度与溶液里面浓度不同的现象叫“吸附”。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。

溶液的表面张力是溶液的一个重要物理参数。要计算溶液的表面自由能、最大吸附量等都必须精确测定其溶液的表面张力。测定它的方法较多，如毛细管上升法、滴重法、吊环法和最大气泡法，但最简单、实用、普遍的方法是最大气泡法。本实验正是采用该法测定液体不同浓度条件下的表面张力，探究表面张力、表面能与吸附作用的关系，并验证了表面化学的相关基础理论。

2. 实验部分

2.1 实验仪器与试剂

CS501型超级恒温水浴1台重庆试验设备厂

DMP-2B型数字式微压差测量仪南京大学应用物理研究所

恒温套管，250ml分液漏斗，毛细管（半径为0.15—0.2mm）；

100ml容量瓶（7只），2ml移液管（1支）；

正丁醇溶液（分析纯）

2.2 实验步骤

1）按实验装置图装好仪器，打开恒温水浴，使其温度稳定于35℃。取一支浸泡在洗液中的毛细管依次用自来水、蒸馏水反复清洗若干次，同样把玻璃套管也清洗干净，加上蒸馏水，插上毛细管，用套管下端的开关调节液面恰好与毛细管端面相切，使样品在其中恒温10分钟。在分液漏斗中加入适量的自来水，注意切勿使体系漏气。然后调节分液漏斗下的活塞使水慢慢滴下，这时体系压力逐渐减小，直至气泡由毛细管口冒出，细心调节出泡速度，使之在5－10秒钟内出一个。注意气泡爆破前数字式微压差测量仪的读数，并用电脑采集数据得到最大的压差值，取连续6个数据取平均值；

2）用2mL移液管分别移取0.40ml、0.80ml、1.20ml、1.60ml、2.00ml、2.40ml、2.80ml正丁醇到100ml容量瓶中，然后稀释到刻度。重复上述实验步骤，按照由稀至浓的顺序依次进行测量。

2.3 注意事项

1）测定用的毛细管一定要先洗干净，否则气泡可能不能连续稳定地通过，而使压力计的读数不稳定；

2）毛细管一定要垂直，管口要和液面刚好接触，，否则测得的数据将不只是液体表面的张力，还有插入部分液体的压力；

3）表面张力和温度有关，因此要等溶液恒温后再测量。

4）控制好出泡速度，读取压力计的压力差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。

3. 结果与讨论

3.1 实验结果

毛细管常数-4

1.05210⨯

=dc

d σ

-0.12879-0.75444*c+10.22178*c^2-23.02024*c^3 Г∞=4.222*10-6N/m

正丁醇分子的横截面积 S 0=3.934×10-19 m 2

查得文献中的直链醇类横截面积理论值为2.74×10-19～2.89×10-19m2 ，取二者平均值2.82×10-19 ，相对误差为：（3.934-2.82）/2.82=39.5% σ~c 图、Г~c 图、c/Г~c 图详见附件。

3.2 误差分析

本次试验测得的正丁醇分子的横截面积比理论值要大，但处于同一个数量级；c -σ、Г-c 、c/Г-c 图中某些点与总体趋势不同，与理论曲线大体吻合。作为一种低成本的方法，最大气泡法有吸附难以达到平衡的缺点，精度不高是可以理解的。下面我对实验的误差因素进行全面的分析。

① 最大压差△P 值的测量误差

1）在每次改变测量溶液浓度之后，应该用待测溶液反复清洗毛细管和恒温套管，在实际操作中残留是不可避免的，这样使测量溶液的表面张力与实际溶液的浓度不一致，导致实验误差；

2）实验要求毛细管底部与液面正好相切，并且毛细管完全的垂直，实际上这很难到达，而且实验指导上也没有明确的方法使我们做到这两点；

3）由于毛细管管径很小，当正丁醇浓度增大时，体系粘度变大，管壁上容易吸附正丁醇分子，使得气泡冒出很不规则，造成数据波动很大；

4）毛细管的粗细均匀程度及磨损程度都会对结果造成影响；

5）出泡速度会影响△P 值的读数，而出泡速度并不能精确控制使得每次的速度相同，若气泡产生速率偏快，会使测定最大压力差值偏大，过慢则会偏小； 6）装置气密性不好，有些许漏气会使测定最大压力差值偏小； 7）其它系统误差，如恒温槽温度的小幅变动。

②数据处理

1) 我们在数据处理的过程中使用了浓度而不是活度。只有在稀溶液情况下，浓度才近似等于活度，而实验溶液的正丁醇浓度并不是很稀的，导致计算的正丁醇分子截面积偏差较大。这一点从Г-c 图上明显可以看出，在浓度变大后曲线有明显的下降，与理论曲线存在较大的