最大氣泡壓力法測(cè)定液體的表面張力數(shù)據(jù)處理方法

1、溶液表面張力及吸附分子橫截面積的測(cè)定實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 學(xué)習(xí)用最大氣泡壓力法測(cè)定溶液的表面張力。2 了解用吉布斯方程在溶液表面吸附中的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用。 3 了解溶液表面吸附分子的橫截面積的測(cè)量方法 。實(shí)驗(yàn)原理1 溶液表面的過(guò)剩物質(zhì)的量述這一規(guī)律的方程是Gibbs等溫吸附方程 （3-63）式（3-63）中，被Gibbs稱為表面過(guò)剩物質(zhì)的量，單位為mol·m-2。對(duì)某些溶液系統(tǒng)（如電解質(zhì)溶液系統(tǒng)）式中的濃度c有時(shí)要用活度a代換。由圖3-30，對(duì)曲線A，（d/dc）T 0，0，這種情況稱為負(fù)吸附。對(duì)曲線B和C，（d/dc）T 0，0，這種情況稱為正吸附。表面張力（或比表面Gibbs函數(shù)）是表面化學(xué)熱力學(xué)

2、的重要性質(zhì)之一。純?nèi)軇┲腥苋肴苜|(zhì)形成溶液后，溶液的表面張力不同于純?nèi)軇?。按照溶液表面張力隨溶質(zhì)濃度的變化規(guī)律可把溶質(zhì)分為三種情況。溶液的表面張力隨溶質(zhì)濃度的增加而增大；溶液的表面張力隨溶質(zhì)濃度的增加而減?。蝗芤旱谋砻鎻埩ψ畛蹼S溶質(zhì)濃度的增加而急劇減小，當(dāng)達(dá)到某一臨界濃度時(shí)，溶液的表面張力不再隨溶質(zhì)濃度的增加而變化，見(jiàn)圖3-30。定量地描C濃度c表面張力AB圖3-30溶液的表面張力隨溶質(zhì)濃度的變化本實(shí)驗(yàn)研究正吸附的情況。只要獲得了溶液表面張力隨溶質(zhì)濃度的變化曲線，就可用微分法得到某一濃度下的（d/dc）T，然后依據(jù)方程（3-63）得到表面過(guò)剩物質(zhì)的量。2。飽和表面過(guò)剩物質(zhì)的量與吸附分子的橫截面積

3、對(duì)于正吸附的情況，溶質(zhì)分子在溶液表面過(guò)剩物質(zhì)的量取決于溶質(zhì)在溶液本體的濃度。在本體濃度較小時(shí)，隨c的增加而增大，當(dāng)溶液表面已經(jīng)蓋滿一層溶質(zhì)分子時(shí)，達(dá)到最大，用符號(hào)表示。稱為飽和表面過(guò)剩物質(zhì)的量。 若以1/ 對(duì)（稱為表面壓力）作圖則得圖3-31；的定義如式（3-64）： =0 - （3-64） 1/1/由圖3-31看出，當(dāng)較大時(shí)（即濃度c較小時(shí)）1/趨向于一個(gè)定值，此定值即1/。由此可求得。然后由式（3-65）計(jì)算吸附分子的橫截面積Ac。 （3-65）式（3-65）中L為Avogadro 常量。 圖3-31 1/ 關(guān)系曲線 3最大氣泡壓力法測(cè)定液體的表面張力測(cè)定液體表面張力的方法有最大氣泡壓力法

4、、落球法、扭稱法、滴重法及毛細(xì)管上升法等。本實(shí)驗(yàn)采用最大氣泡壓力法。儀器和藥品最大氣泡壓力法表面張力測(cè)定儀（見(jiàn)實(shí)驗(yàn)34）；下口瓶；恒溫水浴；無(wú)水乙醇（AR）實(shí)驗(yàn)步驟1 用去離子水和無(wú)水乙醇配制下列無(wú)水乙醇水溶液 表3-8 待測(cè)的無(wú)水乙醇水溶液的濃度 實(shí)驗(yàn)溫度：25 No。123456c乙醇/ mol.L-102將待測(cè)液體1530mL裝入洗凈烘干的磨口瓶1中，蓋好磨口瓶蓋；將自來(lái)水注入下口瓶8中，關(guān)好兩通閥10；如圖連接好各部分（方法見(jiàn)實(shí)驗(yàn)34）；將磨口瓶1放入恒溫槽中并用夾子夾牢，使整體垂直向下；將恒溫槽溫度控制在25，恒溫1015分鐘后，打開(kāi)下口瓶8的放水活塞10，調(diào)整放水速率，使測(cè)量瓶的毛

5、細(xì)管端每隔6秒左右鼓出一個(gè)氣泡（一次只能鼓一個(gè)氣泡，不可連續(xù)鼓泡！）；測(cè)量毛細(xì)管鼓泡時(shí)的最大壓差（方法同實(shí)驗(yàn)34），分別測(cè)出p細(xì)和p粗，然后有p=p細(xì)-p粗。3用2的方法依次測(cè)量表3-8中各液體樣品的p。數(shù)據(jù)處理 1、手工處理數(shù)據(jù)（1）從教材附錄中查出純水的表面張力；用實(shí)驗(yàn)34的方法計(jì)算各無(wú)水乙醇水溶液的表面張力。(2)將各樣品的表面張力填入表3-9中。 （3）用微分法求取 c 曲線上每一個(gè)濃度下的斜率，即（d/dc）T。 （4）用式（3-64）計(jì)算。 （5）用式（3-63）計(jì)算各表面過(guò)剩物質(zhì)的量，并計(jì)算1/。（6）作（1/） 圖，由圖中求出。（7）用式（3-65）計(jì)算吸附乙醇分子的橫截面積A

6、c。（8）將上述計(jì)算的各個(gè)量填入表3-9。表3-9 無(wú)水乙醇水溶液表面張力測(cè)定數(shù)據(jù)表 實(shí)驗(yàn)溫度：25No.123456c乙醇 / mol·L-1p / Pa/ N·m-1（d/dc）T / m·L3·mol-1·N-1/ mol·m-2（1/）/ m2·mol-1/ N·m-1 / mol·m-2Ac / m2· 2、用微機(jī)處理數(shù)據(jù)（1）擬合曲線方程 打開(kāi)微機(jī)的Excel 界面，如圖3-32。將標(biāo)準(zhǔn)液體的表面張力s和ps及各濃度下的乙醇水溶液的px的數(shù)值分別代入式（3-38）(見(jiàn)實(shí)驗(yàn)34)計(jì)算不

7、同濃度的乙醇水溶液的表面張力。然后將濃度c及表面張力g的值分別輸入到Excel的A、B兩列中，如圖3-33。圖3-32 Microsoft Excel 界面圖3-33 計(jì)算表面張力的對(duì)話窗口 在得到了濃度c和表面張力之后，將A、B兩列選取，然后點(diǎn)擊窗口的作圖鍵，便出現(xiàn)圖3-34對(duì)話窗口-1。在圖表類型菜單中，選擇XY散點(diǎn)圖，立即出現(xiàn)圖3-35對(duì)話窗口-2。在子圖表類型菜單中選擇某種類型，然后按下一步下一步下一步 ，出現(xiàn)圖3-36對(duì)話窗口-3。點(diǎn)擊新工作表，然后點(diǎn)擊完成，出現(xiàn)圖3-37對(duì)話窗口-4。該對(duì)話窗口中的曲線不是經(jīng)曲線擬合程序擬合的，不符和要求。此時(shí)須用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊線上的任意一點(diǎn)，出現(xiàn)一

8、個(gè)文字對(duì)話框。鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊添加趨勢(shì)線之后，出現(xiàn)圖3-38對(duì)話窗口-5。選擇多項(xiàng)式；然后在階數(shù)窗口選擇2；再點(diǎn)擊選項(xiàng)按鍵，出現(xiàn)添加趨勢(shì)線窗口；點(diǎn)擊顯示公式（E）和顯示R平方值，再點(diǎn)擊確定按鍵，出現(xiàn)圖3-39。 圖3-34 作圖對(duì)話窗口-1 圖3-35 作圖對(duì)話窗口-2圖3-36 作圖對(duì)話窗口-3 圖3-37 作圖對(duì)話窗口-4 圖3-38作圖對(duì)話窗口-5 圖3-39作圖對(duì)話窗口（已經(jīng)擬合出所需的圓滑曲線（2）計(jì)算曲線在某點(diǎn)的斜率圖3-40 微分法求曲線某點(diǎn)的斜率圖3-41 計(jì)算表面過(guò)剩物質(zhì)的量 將圖3-39中的擬合方程復(fù)制到Excel表的C1中，然后將等號(hào)左側(cè)的y去掉，對(duì)曲線進(jìn)行微分，即得到方程（

9、d/ dc）= y。按回車鍵，并將公式復(fù)制；按下拉鍵并粘貼，便可求出各濃度下的（d/ dc），如圖3-40。 （3）計(jì)算表面過(guò)剩物質(zhì)的量有了曲線斜率之后，依據(jù)式（3-63）在Excel工作表的D列編制計(jì)算的程序。方法是：=-$A1*$C1/(8.3145*298.15)。按回車鍵并復(fù)制該程序；按下拉鍵并粘貼，可計(jì)算各濃度下的，如圖3-41（4）計(jì)算1/ 和在Excel 工作表的E列計(jì)算，程序：=0.07197-$B1 回車。復(fù)制，按下拉鍵并粘貼。在Excel 工作表的F列計(jì)算1/，程序：=1/$D1回車。復(fù)制，粘貼。（5）作（1/） 圖在Excel工作表中選取E、F兩列，用作 c曲線的方法作1/圖，如圖3-42。由圖3-42讀出（1/）為114407.7m2.mol-1。則=8.74×10-6mol.m-2。將=8.74×10-6mol.m-2代