中科大物理化学实验十二：溶液中的吸附作用和表面张力的测定
实验中的吸附作用表面张力的测定
实验二十一溶液中的吸附作用和表面张力的测定课程名称物理化学实验实验名称溶液中的吸附作用和表面张力的测定姓名学号专业班级实验日期一、实验目的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。
二、实验原理1．Γ＝﹣c／RT×（dσ／d c）T（以σ~c作图→以求出Γ）2．Γ＝Γ∞×Kc／（1+Kc）c／Γ＝c／Γ∞＋1／KΓ∞（以c／Γ~c作图→以求出Γ∞）3.S。
＝1／Γ∞N A (以求出S。
)4.σ＝K×ΔP三、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的流过，而使压差计不稳定，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. 在数字式微压差测量仪上，应读出气泡单个逸出时的最大压力差。
四、 数据记录五、 数据处理1．在25℃时σH2O ＝71.97×10﹣3N ／m ΔP ＝366Pa ∴仪器常数K为∶K ＝H2OPσ∆＝371.9710N m 366Pa⨯﹣／＝1.97×10﹣42． 由σ＝K ·P ∆得∶3.溶液的表面张力σ与浓度c 的关系曲线4.可求出各点的切线斜率（dσ）T ﹐还可根据Γ＝﹣c（d σ）T 5．Γ与c 的关系图6．直线斜率为 9.8×104 L ／（m ·mol ）1∞Γ＝9.8×104 m 2／mol ∴Γ∞＝1.02×10﹣5mol ／m 2 7．S 0＝·1N∞Γ＝1.58×10﹣19m ²六、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？ 答∶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，不易观察出其最高点而引起的较大的误差。
2.哪些因素影响表面张力测定结果？如何减小以致消除这些实验的影响？答∶温度、气泡逸出速度、毛细管是否干净及毛细管的尖端是否与液面相切会影响测定结果。
溶液中的吸附作用和表面张力的测定
溶液中的吸附作用和表面张力的测定PB09206xxxAbstract:This Experiment is designed to measure the surface tension of a series of butyl alcohol solutions with different concentration by maximum bubble pressure method. The molecular section area of butyl alcohol can be calculated with the help of Langmuir isothemal equation.关键词：溶液中的吸附作用最大气泡压力法表面张力的测定一、前言表面活性剂在催化、去污、乳化、润湿、起泡以及选矿等工业及日常生活中应用极其广泛，研究这些物质的表面效应具有十分重要的应用价值。
表面张力是重要的物理化学参数，是研究表面压、表面吸附量、分子横截面积等表面效应的基础。
关于表面张力的测定，常见的方法有毛细上升法，环法，吊片法，最大气泡压力法等方法，其中最大泡压法对仪器的要求比较低，精度相对对较高，是测量液体表面张力的一种常见方法。
1二、实验部分1.毛细管常数的测定.按照实验装置示意图，将清洗干净的仪器连接组装好，打开恒温水浴（万和HK-2A超级恒温槽）使仪器稳定在25oC的状态。
取一支毛细管，检查确认没有破损后用铬酸洗液和蒸馏水反复清洗。
毛细管洁净与否将是本实验能否成功的关键。
如果毛细管没有清洗干净将导致实验中无法形成均匀稳定的气泡，影响最终的实验结果。
向洗净的分液漏斗中注入适量的蒸馏水，打开数字式微压差测量仪（DMP-2B），对压强进行校零，将装有毛细管的橡胶塞安装到分液漏斗上，且保证体系有良好的气密性。
打开分液漏斗的活塞，使漏斗内的液面下降至恰好与毛细管口相切，此时压差计的示数为负值或为在零附近的正值，压差计实数过大的话说明体系的密封性存在问题。
实验十二 溶液中的吸附作用及表面张力的测定
溶液中的吸附作用及表面张力的测定中国科学技术大学少年班学院摘要：本实验通过最大气泡压力法对不同浓度的正丁醇溶液的表张力进行测定，并由此计算溶液界面上的吸附量并由饱和时吸附量的值计算得到正丁醇的分子截面积。
关键词：最大气泡压力法，表面张力，正丁醇，表面吸附1前言对于液体而言，其界面和表面处的性质尤为重要，可以决定其很多用处，而对于这部分性质而言，表面张力是其中最重要的一个数值，例如表面活性剂和表面吸附都要以表面张力为基础。
对于表面张力的测定则由很多方法，例如液膜法和泡压法，本实验采用的泡压法是利用溶液中气泡在涨破瞬间的压力来计算得到表面张力数值的。
2实验部分2.1实验仪器及试剂HK-2A型超级恒温水浴DMP-2B型数字式微压差测量仪Perfluid Model BT50b 气泵恒温套管，毛细管，100mL容量瓶，2mL移液管正丁醇，蒸馏水，铬酸洗液2.2实验设计2.2.1吸附量的求得吸附量定义为溶液中表层与里层浓度之差，曾经有人用刮下表层液膜并测定其中溶质浓度的方法来计算吸附量，这种方法虽然来自于最原始的对于吸附量的定义，但是用刀片刮下表层液膜这一点上操作起来十分困难，而吉布斯则从热力学上对吸附量的数值进行了推导，得到了吸附量与其他各个热力学函数之间的关系式：Γ=−cRT (ðσðc)T(1)其中σ为溶液的表面张力，c为溶液浓度，T为温度，溶液浓度和温度都容易得到，故此时的任务便是求得(ðσðc )T项，为了求出偏导数的值，则至少要测量多组表面张力-浓度数据，而其中表面张力的测定便要用到最大气泡压力法。
2.2.2最大气泡压力法测定表面张力对于毛细管口处的一个气泡而言，它受到内外两个压力差的作用，同时还受到毛细管口一圈处表面张力的作用，在表面张力的作用下，气泡仍然停留在管口处不溢出，而当气压差达到一定大小的时候，表面张力无法再维持住气泡，则气泡此时会从管口溢出，在溢出时，两个作用力大小应该相等，可以得到关系式：2πrσ=ρg∆P (2)等式左侧为气泡受到的表面张力，其中r为毛细管管口半径，右侧则为压力差在气泡上的作用力，在测定的时候，∆P的数值可以从微压计上读出，但是毛细管半径和溶液密度的数值则不易得到，而在溶液密度变化不大的情况下，对于两个情况下的表面张力和压力差数值，可以近似得到：∆P1∆P2=σ1σ2(3)由上式可以得知，只要在某种已知表面张力的液体中进行一次测定，之后每一次便都可以通过压力差的数值得到表面张力的数值，定义K′=σ1∆P1为毛细管常数，则对于某一固定的毛细管而言，此常数为一定值，而某一情况下的表面张力则可以表达为σ=K′∆P (4)由此便可以计算得到任意情况下的表面张力数值。
【DOC】溶液中的吸附作用和表面张力的测定
【DOC】溶液中的吸附作用和表面张力的测定
吸附作用是指一种物质在表面上形成的极小的颗粒，其主要来源于溶质与固体接触表面之间的力学或化学作用。
它可以增强溶质与固体之间的相互作用强度，从而影响溶质的活性和溶液的物理性质。
由于这种作用，溶液表面生成一个新的“界面”，使原有一种溶液有千变万化的表现。
表面张力是指液体表面承受的力，是液体自身有限的张力表现出来的参数。
它是影响液体流变性能的关键因素之一，也是液体的重要性质之一。
此外，表面张力也影响着液体表面的其他性质，比如：表面活性剂的吸附与混溶能力、表面污染物的吸附能力、溶质的极性和分散性等等。
因此，测定溶质中的吸附作用及溶液表面张力非常重要。
常见的测定溶质中的吸附作用的方法有实验检测和模型预测两种，它们之间相关度很高，能够综合考察不同溶质的吸附作用及其机理。
一般而言，实验检测是介观检测性质，比如：液体表面张力等，而模型预测则可以从微观角度反映溶质之间的相互作用，并能够深入分析吸附作用及其机理。
通常，液体表面张力的测定可以采用传统的实验检测方法，例如：气液界面法、粘度计等。
以气液界面法为例，通过测量小液滴的重量就可以计算出液体表面张力。
其他方法如粘度计测定、机械张力法、上清法等也是测量液体表面张力的常用方法之一；而扫描电镜等技术可以分析吸附过程中液体表面的构型，从而加深对溶质吸附的认知。
本文从实验检测和模型预测的角度讨论了溶质中的吸附作用及表面张力测定的方法与技术，从而为进一步研究和应用提供借鉴与参考。
物理化学实验报告-溶液表面张力的测定及等温吸附(2)
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γ成正比，与气泡的曲率半径R成反比，其关系式为：
2γ ∆p = R
如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。随着气泡的形成曲率半径逐渐变小，直到形成
装
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。
数字式微压差测量仪当表面张力仪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
1.精密恒温水槽；2.带有毛细管的表面张力仪； 3.滴液漏斗；4.数字式微压差测量仪
答：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
装
验中应该注意。实验的数据处理也是很关键的一步，对测量结果有较大影响。
=
71.97 280.7
=
0.2564
mN
∙
m−1
∙
Pa−1
2. 求出各浓度正丁醇溶液的表面张力。
γ溶液 = K∆p溶液
表 1 正丁醇溶液表面张力的测定数据记录表
c mol ∙ L−1
0
0.02 0.04 0.06 0.09 0.12 0.16 0.2 0.24
∆pm1 Pa ∆pm2 Pa ∆pm3 Pa ∆pm Pa γ mN ∙ m−1
溶液中的吸附作用和表面张力的测定讲课教案
溶液中的吸附作用和表面张力的测定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σ，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Γ ＝T c RT c ⎪⎭⎫ ⎝⎛-∂∂σ 当()∂σ∂c T <0时，Γ >0，称为正吸附。
反之，()∂σ∂cT >0时，Γ <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。
USTC物理化学实验十二——最大气泡压力法对溶液吸附作用和表面张力的探究
最大气泡压力法对溶液吸附作用和表面张力的探究PB09007215中国科学技术大学地球和空间科学学院摘要 本实验对正丁醇水溶液的吸附作用和表面张力进行探讨，通过最大气泡压力法对不同浓度下正丁醇溶液表面张力进行测定，并运用热力学知识分析其性质及其与吸附作用的关系，计算正丁醇分子横截面积。
关键词 CH 3（CH 2）3OH 最大气泡压力法 表面张力 吸附作用1.前言表面张力，即表面层分子沿着与表面相切的方向垂直作用于表面上任意单位长度线段的表面紧缩力【1】，是液体最重要的性质之一，与所处温度、压力、液体组成及共存的相的组成等都有关系。
吸附作用，即一种界面现象，是在界面层中的一个组分或多各组分的浓度与它们在体相中浓度不同的界面现象【2】.美国物理学家、化学家J.W.Gibbs 在1873～1878年期间对经典热力学规律进行总结，并全面解决了热力学体系平衡问题，提出了Gibbs 吸附公式【2】Γ ＝Tc RT c⎟⎠⎞⎜⎝⎛−∂∂σ 式中，Γ——气一液界面上的吸附量（mol·m -2）； σ——溶液的表面张力（N·m -1）; T ——绝对温度（K ）；c －溶液浓度（mol·m -3）； R ——气体常数（8.314J·mol -1·K -1）。
应用Gibbs 吸附公式，并结合Langmuir 等温方程式，在一定温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系可表示为ΓΓ=⋅+⋅∞K C K C1Γ∞为饱和吸附量，K 为经验常数进而结合正丁醇分子在气－液界面上散步形式，即可求得其分子横截面积。
2.实验部分(一) 仪器与试剂试剂：正丁醇（分析纯）仪器： HK-2A 型恒温水槽 南京南大万和科技有限公司；DMP-2B 型数字式微压差测量仪 南京南大万和科技有限公司；恒温套管 1个； 毛细管（半径为0.15～0.2mm ） 1个；100mL 容量瓶7个； 2mL 移液管 1个；250mL 分液漏斗1个； 500mL 的塑料烧杯 1个；(二) 实验过程1、毛细管常数的测定：按实验装置图装好仪器，打开恒温水浴，使其温度稳定于25℃。
溶液中的吸附作用和表面张力的测定
溶液中的吸附作用和表面张力的测定———最大气泡压力法 黄汉弘 PB09206262摘要：本实验通过最大气泡压力法来测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，从而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。
关键词：吸附作用 表面张力 正丁醇 最大气泡压力法引言：1、物体表面的分子和内部分子所处的境况不同，因而能量也不同，表面层的分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。
如要把一个分子由内部迁移到表面，就需要对抗拉力而作功，故表面分子的能量比内部分子大。
增加体系的表面，即增加了体系的总能量。
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。
－W =σ∆A如果∆A ＝1m 2，则－W ＝σ，即在等温下形成1m 2新的表面所需的可逆功。
故σ称为单位表面的表面能，其单位为N ·m -1。
这样就把σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。
它表示表面自动缩小的趋势的大小。
表面张力是液体的重要特性之一，与所处的温度、压力、液体的组成共存的另一相的组成等有关。
纯液体的表面张力通常指该液体与饱和了其自身蒸气的空气共存的情况而言。
2、在纯液体情形下，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唯一途径是尽可能缩小其表面积。
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”。
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。
Gibbs 用热力学的方法推导出它们间的关系式 Γ ＝Tc RT c ⎪⎭⎫ ⎝⎛-∂∂σ 式中，Γ——气一液界面上的吸附量（mol ·m -2）；σ——溶液的表面张力（N ·m -1）; T ——绝对温度（K ）；c －溶液浓度（mol ·m -3）； R ——气体常数（8.314J ·mol -1·K -1）。
溶液中的吸附作用和表面张力的测定——最大气泡压力法
五.数据记录及处理室温：21.5℃ 大气压：99.75kPa 恒温槽温度：25℃ 25℃时σH 2O ：71.97*10-3N.m -1 ΔPH2O ：716Pa 毛细管常数K ：0.1005*10-3N.m -1.Pa -1 1)记录数据表格：样品电导水 123456780.020.040.060.080.100.120.160.20最大压力差/P a1 720 686 622 570 526 494 454 429 394 2 712 685 622 569 529 489 457 430 393 3 716692 619 571 528 497 457 426 396平 均 716687.7 621 570 527.7 493.3 456 428.3 394.3表面张力σ（N.m-1） 0.071970.06911 0.06241 0.05729 0.05303 0.04958 0.04583 0.04304 0.039632）作σ~C 曲线，得出曲线方程，求导可得一解析式，利用该式可求出不同浓度时正丁醇水溶液的σ。
二次多项式拟合结果[2013/6/3 14:36 "/Graph1" (2456446)] Polynomial Regression for DATA1_B: Y = A + B1*X + B2*X^2Parameter Value Error ------------------------------------------------------A 0.07497 8.41023E-4 B1 -0.33756 0.01799 B2 0.81809 0.07979 ------------------------------------------------------- R-Square(COD) SD N P ------------------------------------------------------- 0.99657 6.9579E-4 8 <0.0001 -------------------------------------------------------∴σ=0.07497-0.33756C+0.81809C 2 ∴d σ/dC=1.63618C-0.33756再由计算可得下表：正丁醇浓度C（mol.dm-3）dσ/dC Γ（mol.m2）C/Γ（m2/L) 0.02 -0.304836 2.4587*10-6 8134.37990.04 -0.272112 4.3895*10-6 9112.65510.06 -0.239389 5.7925*10-6 10358.2210.08 -0.206665 6.6676*10-6 11998.3200.1 -0.173942 7.0148*10-6 14255.5730.12 -0.141218 6.8341*10-6 17559.0050.16 -0.075771 4.8891*10-6 32725.8590.2 -0.010324 0.8327*10-6 240182.53 3）作Γ~C图，如下：4）作C/Γ~C图，如下（除去坏点）：由上图的直线斜率得：1/Γ∞=161247.62781 即Γ∞=6.20*10-6mol.m-2S0=1/(Γ∞*Ñ）=2.68*10-19m2δ=Γ∞M/ρ=6.20*10-6*74.14/0.8109=5.67*10-4六.思考题1)温度和压强的变化对测定结果有何影响？答：温度的变化对结果会有很大影响，表面张力是分子性质，而温度会影响分子的热运动动能。
实验溶液中的吸附作用和表面张力的测定(精)
不同。内部分子受到周围液体分子的作用力相互
抵消，合力为零。而表面层分子受到液体和气相 分子的引力，合力指向液体内部，要使液体内部 分子移到表面层（使液体的表面积增大），就必 须克服此吸引力作工。
二、实验原理
本实验利用最大气泡法测定液体的表面张力。 将毛细管端面与液面相切，液面即沿毛细管上升，
实验：溶液中的吸附作用和表面张力的测定
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实验原理
四、数据记录与处理
（1）按下表将所得数据记入下表:
浓度（mol/L）
P最大（Pa）
（2）利用公式计算毛细管常数 （3）由正丁醇溶液的实验数据计算各溶液的表面张力， 并作σ—C曲线。 （4）由σ—C曲线分别求出各浓度的值。
（5）利用Gibbs吸附等温式计算出各浓度下的Γ， 将Γ及由3、4式算出的各项结果列表：
打开抽气瓶活塞让水缓慢流下，使毛细管内溶液
受到的压力比样品管中液面的稍大，气泡就从毛 细管口逸出。这一压差可由精密压差计读出。
三、实验步骤
1、分别配制浓度为0.01、0.02、0.05、0.10、0.15、 0.20、0.25、0.30、0.35mol/L的正丁醇溶液100mL。 2、将仪器仔细洗涤干净，调节恒温槽温度为25℃。 3、样品管中装入蒸馏水，使液面与毛细管端面向切， 注意保持毛细管与液面垂直。 4、打开抽气瓶活塞，让水缓慢流下，使毛细管中气泡 逸出速度为5—10秒/个。 5、纪录压力计最大值，重复二次，求出P最大1平均值。 6、同法测定各浓度下正丁醇水溶液的P最大2值。
溶液中的吸附作用和表面张力的测量__最大气泡法
=得：
c d RT dc T
由表格：
-0.29872C +1.65385 2C 2 5.38012 3C 3 6.64738 4C 4 RT
浓度 C （mol/L） 0.0437 0.0874 0.1311 0.1748 0.2185 0.2622 0.3059
Г(mol·m-2)
C/Г(m2/L)
3.1612E-06 13824.04 3.9301E-06 22238.57 4.0807E-06 32127.04 4.4633E-06 39163.85 5.0051E-06 43655.87 4.7096E-06 55673.22 1.6573E-06 184574.84
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溶液中的吸附作用和表面张力的测量
表面活性溶质能降低溶液的表面张力，根据能量最低原理，溶质分子会尽量 往表面分布，表面层中溶质的浓度比溶液内部大。在表面达到形成单分子的饱和 吸附层之前，随着正丁醇浓度增加，表面的正丁醇也随之增加，且增加的速率快 于溶液内部，所以Γ增大。当表面刚好形成单分子的饱和吸附层时，此时浓度差 达到最大，界面的吸附量Γ达到最大。
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溶液中的吸附作用和表面张力的测量
本实验的关键在于溶液浓度的正确性和所用毛细管、恒温套管的清洁程度。 因此除事先用热的洗液清洗它们以外，每改变一次测量溶液，必须用待测溶液反 复洗涤，以保证所测量的溶液表面张力与实际溶液的浓度相一致。并控制好出泡 速度，平稳的重复出现压力差。而不允许气泡一连串冒出。洗涤毛细管时勿碰破 尖端，影响测量。 温度对该实验的测量影响也比较大，实验中请注意观察恒温水浴的温度，溶 液须恒温 10min 再进行测量。 2.3 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的通过，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。 (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。
溶液中的吸附作用和表面张力
在本实验中，我们利用最大气泡法测定不同浓度（c）的正丁醇水溶液的 表面张力（σ ） ，再由 σ − c 曲线求溶液界面上的吸附量和单个正丁醇分子的 横截面积（S0 ） 。 关键词： 吸附作用 表面张力 最大气泡法
This experiment is designed to measure the relationship between the concentration of 1-butanol solution and its surface tension. The molecular section area of 1-butanol can be calculated at the same time with the help of Langmuir isothermal equation. Key Words: Absorption effect method Surface tension Maximun bubble
5 2.00 0.219 357.6 0.0452 -0.0571 5.04 4.34
6 2.40 0.262 336.5 0.0428 -0.0474 5.02 5.23
7 2.80 0.306 325.1 0.0420 -0.0255 3.15 9.71
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溶液中的吸附作用和表面张力的测定
罗镇威 中国科学技术大学化学物理系 合肥
T M A E S
ZhenWei Luo the Department of Chemical Physics of USTC Hefei
3
图 2: Γ − c 的拟合曲线
3.2 结果分析
• 由 σ − c 图可知，正丁醇溶液的表面张力 σ 随着其浓度的增加而逐渐降低，为正吸 附，故正丁醇是一种表面活性物质，当正丁醇浓度增加到一定值时，溶液的表面 张力 σ 随浓度的变化较小，此时有可能已经形成了单分子层的饱和吸附层。 • 由 Γ − c 图可知，当浓度较小时，随着浓度的升高，吸附量逐渐增加。 • 正丁醇分子的横截面积为 S0 = 30.22 ，在文献报道的 24 − 322 范围内。
溶液的吸附作用和液体表面张力的测定
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：
pmax = p大气－p系统＝∆hρg
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：
πr 2 pmax = πr 2∆hρg = 2πrγ
即
γ1
=
γ2 ∆h2
∆h1
=
K∆h1
对同一支毛细管来说，K值为一常数，其值可借一表面张力已知的液体标定。本实验用纯水作 为基准物质，20.0℃时纯水的表面张力为7.275×10－2N/m(或J/m2)。
三．仪器和试剂
表面张力测定装置（包括恒温槽）1套；容量瓶100ml1个，50ml5个；1ml刻度移液管1支；吸耳 球1个；正丁醇（二级）；去离子水。
当表面层中物质的量大于本体溶液中的量叫做发生了正吸附反之为发生负吸附gibbs用热力学方法导出了一定温度下吸附量与表面张力的定量关系式gibbs吸附等温式
溶液的吸附作用和液体表面张力的测定
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溶液的吸附作用和液体表面张力的测定 一．实验目的
1．用最大泡压法测定不同浓度的表面活性物质（正丁醇）溶液在一定温度下的表面张力； 2．应用Gibbs和Langmuir吸附方程式进行精确作图和图解微分，计算不同浓度正丁醇溶液的表 面吸附量和正丁醇分子截面积，以加深对溶液吸附理论的理解； 3．掌握作图法的要点，提高作图水平。
溶液中吸附作用和表面张力的测定
-7104
-9146
-11188
Γ/mol·m-2
1758
3439
5700
8530
/ m-1
0.488
0.349
0.271
0.222
5.求饱和吸附量
对直线进行线性拟合有： =-2.54c+0.682，斜率为：-2.54
饱和吸附量Γ∞为0.394
6.计算乙醇分子的截面积
SB= = =4.22 m2
-0.351
-0.351
1.3379
8%
1372.7
25
15%
-0.326
-0.325
-0.326
-0.326
1.3400
10.5%
1801.66
25
20%
-0.312
-0.311
-0.312
-0.312
1.3415
13%
2230.63
30
20%
-0.305
-0.305
-0.304
-0.305
1.3415
溶液中吸附作用和表面张力的测定
1.原始实验数据
待测物
温度/℃
体积分数
△Pmax
△Pmax平
折光率
实际体积
实际浓度mol·m-3
水
25
—
-0.516
-0.517
-0.515
-0.516
—
乙醇
25
5%
-0.420
-0.420
-0.420
-0.420
1.3345
ห้องสมุดไป่ตู้3%
514.8
25
10%
-0.352
实验二溶液中的吸附作用和表面张力的测定
12.1实验目的与要求：1. 通过测定不同浓度（C ）正丁醇水溶液的表面张力（b ），由b -c 丁醇分子的横截面积（S o ）。
2. 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。
3. 掌握一种测定表面张力的方法一一最大气泡法。
12.2预习要求：1. 掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理。
2. 了解影响表面张力测定的因素。
3. 了解如何由表面张力的数据求正丁醇的横截面积。
12.3 实验原理：1.物体表面的分子和内部分子所处的境况不同，因而能量也不同，向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。
如要把一个分子由内部迁移到表面，就需要对抗拉力而 作功，故表面分子的能量比内部分子大。
增加体系的表面，即增加了体系的总能量。
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。
-W=b^ A （12.1 ）如果△ A =l rf,则-W= b,即在等温下形成1 rf 新的表面所需的可逆功。
故 b 称为单位表面的表面能，其 单位为N- m 1。
这样就把b 看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。
它表示表面 自动缩小的趋势的大小。
表面张力是液体的重要特性之一，与所处的温度、压力、液体的组成共存的另一 相的组成等有关。
纯液体的表面张力通常指该液体与饱和了其自身蒸气的空气共存的情况而言。
图12-1 分子间作用力示意图2.在纯液体情形下，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唯一途径是尽 可能缩小其表面积。
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”。
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。
实验9 溶液中的吸附作用和表面张力的测定
Abstract: The dependence of surface tension on concentration was determined by use of the
Keywords: the Maximum Bubble Pressure Method ; n-Butyl Alcohol ; Surface
Tension ; Adsorption Amount ; Cross-sectional Area
1. 前言
多相体系中各相之间存在界面，习惯上将气-液和气-固界面称为表面。表面张力，是液 体表面由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。通常，处于液体表面 层的分子较为稀薄，其分子间距较大，液体分子之间的引力大于斥力，合力表现为平行于液 体界面的引力。表面张力是物质的特性，其大小与温度和界面两相物质的性质有关。
如毛细管的半径为 r，气泡由毛细管口逸出时受到向下的总作用力为r2P 最大，而
P 最大＝P 系统－P 大气压＝hg
h——数字式微压差测量仪上的读数 g——重力加速度 ——压力计内液体的密度
气泡在毛细管上受到表面张力引起的作用力为 2r。气泡自毛细管口逸出时， 上述两种力看作相等，即：
r 2 P最大 r 2 hg
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：本实验借助 Gibbs 吸附公式和 Langmuir 等温方程式，利用最大气泡法测量不同浓
度正丁醇溶液的表面张力，验证正丁醇是一种表面活性物质，并进一步计算正丁醇在水表面 的饱和吸附量和正丁醇分子的横截面积。
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图2
5
6、连接橡皮管。
如毛细管的半径为 r，气泡由毛细管口逸出时受到向下的总作用力为r2P 最大，而
P 最大＝P 系统－P 大气压
hg
式中，h－数字式微压差测量仪上的读数 g－重力加速度
－压力计内液体的密度
气泡在毛细管上受到表面张力引起的作用力为 2r。气泡自毛细管口逸出时，上述两种力
看作相等，即：
r 2 P最大 r 2hg
（5）
r hg
2
（6）
若用同一只毛细管和压力计，在同一温度下，对两种溶液而言，则得：
1 h1 2 h2
1
2 h2
h1
K' h1
(7)
式中 K' 为毛细管常数。 用已知表面张力2 的液体为标准，从（7）式可求出其他液体的表面张力1。
线的斜率 B ( ( c )T )代入 Gibbs 吸附公式，可以求出不同浓度时气
－液界面上的吸附量。
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：
K C
1 K C
(2)
图 1 正丁醇水溶液的表面
张力与浓度的关系图
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）式化成直线方程，则
CC 1
(3)
K
C 若以 ～C 作图可得一直线，由直线斜率即可求出 。
假设在饱和吸附情况下，正丁醇分子在气－液界面上铺满一单分子层，则可应用下式求 得正丁醇分子的横截面积 S0。
1
S0 N~
(4)
式中， N~ －阿佛加德罗常数。
最大气泡压力法测量表面张力的装置示意图如 2。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。打开滴液漏斗的活塞，使水缓慢下滴而使体系内的压力增
（3）实验改进 在实验中将带毛细管的木塞插入试管，若木塞没有塞正，可导致毛细管与液面不垂直；
若加入试管中溶液的量控制得不准，可导致毛细管插入液面深浅不一，需要多次调节液面高 度，操作起来烦琐，往往要反复几次才能完成。我们可以对实验装置进行如下改进，简化实 验操作。 1）样品管的改动：我们将样品管设计成套管，套管上端为磨口，与带毛细管的磨口塞配套。 用磨口塞固定毛细管的位置，这可以使毛细管保持与液面垂直，避免了用木塞固定毛细管的 随意性。外管两侧上下支管与恒温槽相连，构成整个实验体系的恒温循环装置。内管装样品， 内管侧面支管与压力计连接。套管下端管口接活塞，通过旋转活塞可非常方便、灵活地调节 液面高度使之与毛细管相切，操作起来非常简便。 2）增加 1 个三通双支真空活塞：在压力计和滴液漏斗之间增加 1 个三通双支真空活塞，在 调节毛细管端面与液面相切时，先将三通双支真空活塞转向一支通大气以防止体系产生负压， 再转向另一支与体系相通进行测量。这样减少了传统装置操作时，在每次测量之前需反复提
当 ( c )T 0 时， >0，称为正吸附。反之， ( c )T 0 时， <0，称为负吸附。前者表
明加入溶质使液体表面张力下降，此类物质叫表面活性物质，后者表明加入溶质使液体表面
张力升高，此类物质叫非表面活性物质。
正丁醇是一种表面活性物质，其水溶液的表面张力和浓度关系见
图 1 中的－c 曲线，在－c 曲线上作不同浓度 c 时的切线，把切
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 、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；
实验十二 溶液中的吸附作用和表面张力的测定
黄晓 PB09206242 中国科学技术大学 14 系，合肥 230026 *联系人：黄晓 hxzjy@
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。
Keyword：Surface tension, The biggest bubble pressure method, Absorption effect
1. 前言
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。
关键词：吸附作用、表面张力、最大气泡法
Experiment 12:The measurement of the adsorption
effect and surface tension
Huang Xiao PB09206242 (MSE USTC Hefei Anhui P.R.China， 230026 ) Email：hxzjy@
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 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 出入； 2）σ~c 曲线拟合形式的不同会最终造成Γ~c 图及 c/Г~c 图与理论情况的偏差。
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。
2.4 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（相切），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。
加，这时毛细管内的液面上受到一个比恒温试管中液面上稍大的压力，因此毛细管内的液面 缓缓下降。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。这个最大的压力差可由数字式微压差测量仪
1、恒温套管。 2、毛细管（r 在 0.15～0.2mm） 3、数字式微压差测量仪 4、分液漏斗。
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.
3.3 讨论与思考
（1）实验中的一个细节 实验时六个同学分为两组，三个人先洗毛细管，三个人先配制溶液。我先洗毛细管，洗完之 后放在干净的白纸上一段时间，配制完溶液之后再放在仪器里做相应实验。配制溶液的这段 时间内毛细管由于暴露在空气中，其端口附近可能被空气中的灰尘污染，之后做实验时发现 端口很容易堵住，从而导致数据不准。
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。
毛细管，用铬酸洗液反复清洗若干次，再用自来水、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 3 个数据取平均值；
2.2 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