物理化学实验报告 表面吸附
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
对于求各点斜率值可以借助计算机软件。 测定液体表面张力得方法较多，如最大气泡压力法,滴体积法，毛细管升高法,环法等，本 实验采用最大气泡压力法。 将待测液体装入表面张力仪中,使玻璃毛细管下端与液面相切，若液体能润湿管壁，则液
体沿毛细管上升形成凹液面，其液面所受压力 为大气压力 P0 与附加压力ΔＰ。根据拉普拉 斯（Ｌaｐlａce）方程:
式中:ｒ为弯曲液面曲率半径;σ为液体与气体表面(界面）张力。因就是凹液面，弯曲液面
得曲率半径
（指向大气）。
表面张力仪
加压装置
当打开漏斗得活塞，让水缓慢滴入下面密封得加压瓶中,毛细管内液面上受到比毛细管外 液面上更大得压力,毛细管内液面开始下降。当此压力差在毛细管上面产生得作用稍大于毛
恒温槽
微压差计
细管口液体得表面张力所能产生得最大作用时,气泡就从毛细管口逸出.气泡逸出前能承受 得最大压力差为ΔPｍａx,可以由微压差计测出。根据拉普拉斯方程,毛细管内凹液面得曲率 半径等于毛细管得半径 r 时，能承受得压力差最大。则有
l* ）
７7 ３46 317
297
279 2６7
574 4７1 408 3７7 34６ ３
2
573 471 ４
２98 28０ 26７
３
均值
5 ７ 4７1 ４ 3、7
297、3 2７9、 267 3
表面张力 / 7１、 58、４ 50、62 46、78 42 、 9 39、３3 36、89 34、65 33、13
根据能量最低原理,若溶质降低溶剂表面张力，ｃ(表面层）〉 ｃ(本体）；反之，若溶质升 高表面张力，c(表面层)＜c(本体)。溶质在溶液表面层与在溶液本体中浓度不同得现象称为 溶液得表面吸附，即溶液借助于表面吸附来降低表面吉布斯自由能。
溶液表面吸附溶质得量Γ与表面张力σ、浓度 c 有关,其关系符合Ｇibｂs 吸附方程
（ mN ＊ 1８ 4
３
)
曲 线 上 － -1４、 — 8 、 — 5 、 － ５ 、 －4、3 —3、３ - ２、 —２、1
18、2 ７
33
94
３2
１
4
69
７
吸附量
0
0 、 ０、00 0 、 ０ 、 ０ 0 、 005 0 、 00 0、005 0、００
00408 ４63 00495 0591 ９9
式中:Γ吸附量；c 溶液浓度；T 温度;Ｒ气体常数；σ表面张力或表面吉布斯自由能. 表示在一定温度下,表面张力随浓度得变化率。如果溶液表面张力随浓度增加而减小，即
Γ>０，此时溶液中溶质在表面层中得浓度大于在溶液中得浓度，称为正吸附. 相反，Γ<0，称为负吸附.
在一定温度下,测定不同浓度溶液得表面张力 ，以 ｃ作图，求不同浓度时得值.由Ｇ ｉbbs 吸附方程求各浓度下得吸附量Γ。
测定毛细管得半径 r 与ΔPmax 即可求得液体表面张力σ。直接测定毛细管半径ｒ容易带入 较大得误差，可用同一支毛细管,在相同条件下分别测出已知表面张力为σ1 得参考液体得 ΔPmａx,1 与待测液体得ΔPｍaｘ,由③式得
由上式可求出其它液体得表面张力σ。 ３、仪器与试剂 微差压测量仪 恒温槽 表面张力仪 滴管 烧杯 容量瓶 无水乙醇 ４、实验步骤 （1）配制溶液：根据实验所要求得不同浓度得溶液称取不同质量得无水乙醇。 (2）按照实验要求连接仪器.设定恒温槽温度为 30 摄氏度,通入恒温水。 （3）在表面张力仪中加入适量去离子水，恒温 10 分钟以上。通过表面张力仪下端得活塞调 节液面高度,使毛细管下端与液面相切。 （４)将毛细管与乳胶管连接断开，将毛细管内外用吹气法处理干净，将毛细管连入整个装 置，盖紧活塞。按下微差压计得置零键，再将乳胶管与毛细管连接好。 (５)缓慢打开漏斗活塞，就是水滴慢慢滴下,毛细管此时上方得压力不断增大，之后毛细管 口开始出现气泡,待气泡形成稳定后,在微差压测量计读取压力得最大值，读数三次，取平均 值. （6）使用上述方法,将去离子水换成不同浓度得溶液.在更换溶液时必须洗刷表面张力仪３ 次,并且将毛细管内外吹干净。每次更换得溶液都必须保证恒温 1０分钟以上. （7)实验完毕,整理仪器。 5、实验数据 水在 30℃下表面张力为７1、18（ mＮ＊ )
物理化学实验报告Biblioteka Baidu
溶液表面吸附得测量
1、实验目得 （1)掌握最大气泡压力法测定溶液表面张力得方法. （2)根据 Gibｂs 吸附方程式,计算溶质(乙醇）在单位溶液表面得吸附量 ,并作 图。 2、实验原理
在定温下,纯物质液体得表面层与本体(内部)组成相同,根据能量最低原理,为降低体系得 表面吉布斯自由能，将尽可能地收缩液体表面。对溶液则不同，加入溶质后，溶剂表面张力 发生变化.
５５6 ２3 482
B
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
0
1
2
3
4
5
6
c/mol*l
上图为 曲线图
Y Axis Title
B
0.0060
0.0055
0.0050
0.0045
0.0040
0
1
2
3
4
5
6
X Axis Title
此图为 -c 曲线图
6、数据分析 本次试验得误差来源有如下几项 (１）无水乙醇就是一种极易挥发得物质,尽管在称量时我们可以先加入一些水以防止乙醇挥 发，但就是挥发还就是在所难免得，所以可能会对溶液浓度造成一定影响. (2）毛细管与液面相切也会引起误差,因为肉眼并不能准确判断就是否相切，而毛细管如果 插入稍深,则会影响读数。
编号
0
预计浓度/ 0
（ ｍ ol ＊
1 0、7
2 1、4
3
4
2、１ ２、8
5 ３、5
6 4、2
7
8
4、９ 5、6
) 乙醇质量/g 0
溶 液体积 /m ５ Ｌ 浓度/（mｏ 0
1、60 3、22 4、84 6、44
8、05
9、6６ １1、2 12、８8
７
50
50
５０
０、7 1、４ 2、1 2、8 ３、5 4、2 4、９ ５、6
(３）在洗涤仪器时所引起得误差，包括洗涤表面张力仪,还有处理毛细管时都可能有少量得 之前测量溶液得残留. 7、思考题 (1）实验前为什么一定要确保表面张力仪与毛细管得洁净？ 主要就是为了保证再加入溶液后不会出现杂质，不会影响溶液本身得浓度,而且毛细管得洁 净也就是为了使气泡更均匀. （2)为什么不直接测毛细管得半径,而用标定得方法？ 毛细管得半径非常小,直接测量必然会带来很大得误差,而通过其她测量值来算毛细管得半 径则可以很好得避免这种误差.
体沿毛细管上升形成凹液面，其液面所受压力 为大气压力 P0 与附加压力ΔＰ。根据拉普拉 斯（Ｌaｐlａce）方程:
式中:ｒ为弯曲液面曲率半径;σ为液体与气体表面(界面）张力。因就是凹液面，弯曲液面
得曲率半径
（指向大气）。
表面张力仪
加压装置
当打开漏斗得活塞，让水缓慢滴入下面密封得加压瓶中,毛细管内液面上受到比毛细管外 液面上更大得压力,毛细管内液面开始下降。当此压力差在毛细管上面产生得作用稍大于毛
恒温槽
微压差计
细管口液体得表面张力所能产生得最大作用时,气泡就从毛细管口逸出.气泡逸出前能承受 得最大压力差为ΔPｍａx,可以由微压差计测出。根据拉普拉斯方程,毛细管内凹液面得曲率 半径等于毛细管得半径 r 时，能承受得压力差最大。则有
l* ）
７7 ３46 317
297
279 2６7
574 4７1 408 3７7 34６ ３
2
573 471 ４
２98 28０ 26７
３
均值
5 ７ 4７1 ４ 3、7
297、3 2７9、 267 3
表面张力 / 7１、 58、４ 50、62 46、78 42 、 9 39、３3 36、89 34、65 33、13
根据能量最低原理,若溶质降低溶剂表面张力，ｃ(表面层）〉 ｃ(本体）；反之，若溶质升 高表面张力，c(表面层)＜c(本体)。溶质在溶液表面层与在溶液本体中浓度不同得现象称为 溶液得表面吸附，即溶液借助于表面吸附来降低表面吉布斯自由能。
溶液表面吸附溶质得量Γ与表面张力σ、浓度 c 有关,其关系符合Ｇibｂs 吸附方程
（ mN ＊ 1８ 4
３
)
曲 线 上 － -1４、 — 8 、 — 5 、 － ５ 、 －4、3 —3、３ - ２、 —２、1
18、2 ７
33
94
３2
１
4
69
７
吸附量
0
0 、 ０、00 0 、 ０ 、 ０ 0 、 005 0 、 00 0、005 0、００
00408 ４63 00495 0591 ９9
式中:Γ吸附量；c 溶液浓度；T 温度;Ｒ气体常数；σ表面张力或表面吉布斯自由能. 表示在一定温度下,表面张力随浓度得变化率。如果溶液表面张力随浓度增加而减小，即
Γ>０，此时溶液中溶质在表面层中得浓度大于在溶液中得浓度，称为正吸附. 相反，Γ<0，称为负吸附.
在一定温度下,测定不同浓度溶液得表面张力 ，以 ｃ作图，求不同浓度时得值.由Ｇ ｉbbs 吸附方程求各浓度下得吸附量Γ。
测定毛细管得半径 r 与ΔPmax 即可求得液体表面张力σ。直接测定毛细管半径ｒ容易带入 较大得误差，可用同一支毛细管,在相同条件下分别测出已知表面张力为σ1 得参考液体得 ΔPmａx,1 与待测液体得ΔPｍaｘ,由③式得
由上式可求出其它液体得表面张力σ。 ３、仪器与试剂 微差压测量仪 恒温槽 表面张力仪 滴管 烧杯 容量瓶 无水乙醇 ４、实验步骤 （1）配制溶液：根据实验所要求得不同浓度得溶液称取不同质量得无水乙醇。 (2）按照实验要求连接仪器.设定恒温槽温度为 30 摄氏度,通入恒温水。 （3）在表面张力仪中加入适量去离子水，恒温 10 分钟以上。通过表面张力仪下端得活塞调 节液面高度,使毛细管下端与液面相切。 （４)将毛细管与乳胶管连接断开，将毛细管内外用吹气法处理干净，将毛细管连入整个装 置，盖紧活塞。按下微差压计得置零键，再将乳胶管与毛细管连接好。 (５)缓慢打开漏斗活塞，就是水滴慢慢滴下,毛细管此时上方得压力不断增大，之后毛细管 口开始出现气泡,待气泡形成稳定后,在微差压测量计读取压力得最大值，读数三次，取平均 值. （6）使用上述方法,将去离子水换成不同浓度得溶液.在更换溶液时必须洗刷表面张力仪３ 次,并且将毛细管内外吹干净。每次更换得溶液都必须保证恒温 1０分钟以上. （7)实验完毕,整理仪器。 5、实验数据 水在 30℃下表面张力为７1、18（ mＮ＊ )
物理化学实验报告Biblioteka Baidu
溶液表面吸附得测量
1、实验目得 （1)掌握最大气泡压力法测定溶液表面张力得方法. （2)根据 Gibｂs 吸附方程式,计算溶质(乙醇）在单位溶液表面得吸附量 ,并作 图。 2、实验原理
在定温下,纯物质液体得表面层与本体(内部)组成相同,根据能量最低原理,为降低体系得 表面吉布斯自由能，将尽可能地收缩液体表面。对溶液则不同，加入溶质后，溶剂表面张力 发生变化.
５５6 ２3 482
B
75
70
65
60
55
50
45
40
35
30
0
1
2
3
4
5
6
c/mol*l
上图为 曲线图
Y Axis Title
B
0.0060
0.0055
0.0050
0.0045
0.0040
0
1
2
3
4
5
6
X Axis Title
此图为 -c 曲线图
6、数据分析 本次试验得误差来源有如下几项 (１）无水乙醇就是一种极易挥发得物质,尽管在称量时我们可以先加入一些水以防止乙醇挥 发，但就是挥发还就是在所难免得，所以可能会对溶液浓度造成一定影响. (2）毛细管与液面相切也会引起误差,因为肉眼并不能准确判断就是否相切，而毛细管如果 插入稍深,则会影响读数。
编号
0
预计浓度/ 0
（ ｍ ol ＊
1 0、7
2 1、4
3
4
2、１ ２、8
5 ３、5
6 4、2
7
8
4、９ 5、6
) 乙醇质量/g 0
溶 液体积 /m ５ Ｌ 浓度/（mｏ 0
1、60 3、22 4、84 6、44
8、05
9、6６ １1、2 12、８8
７
50
50
５０
０、7 1、４ 2、1 2、8 ３、5 4、2 4、９ ５、6
(３）在洗涤仪器时所引起得误差，包括洗涤表面张力仪,还有处理毛细管时都可能有少量得 之前测量溶液得残留. 7、思考题 (1）实验前为什么一定要确保表面张力仪与毛细管得洁净？ 主要就是为了保证再加入溶液后不会出现杂质，不会影响溶液本身得浓度,而且毛细管得洁 净也就是为了使气泡更均匀. （2)为什么不直接测毛细管得半径,而用标定得方法？ 毛细管得半径非常小,直接测量必然会带来很大得误差,而通过其她测量值来算毛细管得半 径则可以很好得避免这种误差.