溶液表面張力

PAGE1溶液表面吸附的測定摘要：本實驗運用了最大氣泡壓力法測定不同濃度正丁醇水溶液的表面張力,用二次水作參照，求不同濃度正丁醇溶液的表面張力γ，再根據(jù)吉布斯吸附公式,結(jié)合OriginPro8作圖軟件，求算出不同濃度的溶液表面吸附量г，作“г-C”圖及“C/г-C”圖，通過斜率求Г∞=6.33×10-6mol/m2，從而計算q=0.262nm2，最后計算最高正丁醇濃度時表面實際正丁醇分子面積為qc=0.248nm2。[引言部分]實驗?zāi)康?、測定不同濃度正丁醇水溶液的表面張力，根據(jù)吉布斯公式計算溶液表面的吸附量以及飽和吸附時每個分子所占的表面面積；2、通過最大氣泡壓力的測定，可進(jìn)一步了解氣泡壓力與半徑及表面張力的關(guān)系。實驗原理1.吉布斯吸附公式：對于兩組分的稀溶液：式中為表面吸附量（molm-2）c為溶液濃度（moldm-3）為表面張力（J/m2）。2.表面活性物質(zhì)溶于液體中使表面張力降低的物質(zhì)稱為表面活性物質(zhì)，在水溶液中，具有顯著的不對稱結(jié)構(gòu)，由親水基和憎水基構(gòu)成。正丁醇屬于表面活性物質(zhì)，它有親水基氫氧基和疏水基烴基。當(dāng)濃度增加到一定程度時，被吸附分子占滿表面，形成飽和吸附層。3.吸附量計算方法以對c作圖，可得等溫曲線，根據(jù)曲線，可通過作圖求得與c關(guān)系，方法如下：在上去一點a，通過a點作切線和平行與橫軸直線分別與縱軸交于b和b’，令z=bb’，則：由得：取曲線上不同點，可求得多個z值，從而得到與c的關(guān)系。4.飽和吸附量計算方法Langmuir提出與c的關(guān)系式（К為常數(shù)）取倒數(shù)可得：5.飽和吸附時每個分子所占面積q的計算方法由于是一個過剩量，即表示表面比溶液多的分子數(shù)，對于較濃的溶液，應(yīng)考慮零吸附時原有分子，故濃度為c時6.的測量方法：全泡最大壓力法設(shè)有一半徑為r的氣泡，其周圍為液體，p和p0分別平衡時氣泡內(nèi)外壓力，則對于一個伸進(jìn)水面的毛細(xì)管，打氣時管內(nèi)壓力p增大，將管中液體壓至管口并形成氣泡，曲率半徑由小到大變化，當(dāng)形成的氣泡曲率半徑最小時，它所能承受的壓力最大。氣壓繼續(xù)增加，曲率半徑增大，平衡壓差已大于氣泡所能承受壓力，氣泡將破裂。最大壓力差能夠直接測量得到，利用壓力計，分別讀出左右管最低，最高高度，通過高度差算壓力差。本實驗不直接求管徑r，而是用二次水做標(biāo)準(zhǔn)，具體步驟如下：其中，=71.97×10?3N/m[實驗部分]實驗儀器及藥品1.儀器帶塞子試管×1毛細(xì)管×1緩沖瓶×1活塞×1壓力計×1四通管×1雙連球×1洗耳球×1恒溫槽（直流電機功率100w）JJ-2增力電動攪拌器PC-A節(jié)電控流器2.藥品二次水8份不同濃度的正丁醇水溶液實驗內(nèi)容1.調(diào)節(jié)恒溫裝置，使水溫穩(wěn)定在（25.000.05）℃，用洗液洗毛細(xì)管，再分別用自來水，二次水各洗3次；2.取二次水裝至試管，使?jié)崈舻拿?xì)管口恰好與液面接觸，關(guān)閉活塞3,4.有雙連球向緩沖瓶中加氣至球適度膨大；3.小心調(diào)節(jié)活塞3使毛細(xì)管尖端產(chǎn)生氣泡均勻，每個氣泡形成時間約8s左右；4.液體保持恒溫后，連續(xù)讀三次左測水柱最低值，右側(cè)水柱最高值，算每次高度差，并求高度差平均值；5.換二次水，重復(fù)步驟4，兩次二次水所得的高度差平均值之間差不得超過0.05cm；6.按濃度梯度（0.0218mol/L0.0547mol/L0.111mol/L0.220mol/L0.329mol/L0.439mol/L0.550mol/L0.740mol/L）換不同濃度的正丁醇溶液，洗毛細(xì)管2次，重復(fù)步驟4;7.結(jié)束后整理儀器。實驗數(shù)據(jù)及處理原始數(shù)據(jù)室溫：23.80℃大氣壓：101.12KPa初始左水柱高：23.32cm初始右水柱高：23.30cm表1高度測量數(shù)據(jù)第一次第二次第三次h平均值/cm校正后h/cm二次水119.8026.6719.8026.6719.8026.676.876.89二次水219.7726.7019.8026.7119.8026.716.926.940.021820.0526.4820.0526.4820.0526.486.436.450.054720.3026.2420.3026.2520.3026.255.955.970.11120.6925.8920.6825.8920.7025.895.205.220.22021.0825.5021.1025.5021.0925.504.414.430.32921.3625.2521.3625.2521.3625.253.893.910.43921.5025.1021.4925.1121.4925.113.613.630.55021.6924.9021.7224.9121.7324.913.193.210.74021.9024.7021.9324.7121.9324.702.782.80溶液表面張力水在25℃是表面張力=71.97×10?3N/m用得表2-c數(shù)據(jù)表SEQ表2_-c數(shù)據(jù)表\*ARABIC1C/（mol/L)00.02180.05470.1110.2200.3290.4390.5500.740/[×10-3J·m-2（或×10-3N·m-1)]72.067.362.354.446.240.837.933.529.2表3圖1的相關(guān)數(shù)據(jù)表1234567斜率-284.389-234.202-140.745-76.366-43.735-35.186-32.284取點x值0.0100.02180.06620.1600.3130.4000.440取點y值70.89267.85159.87650.30241.57338.16736.819y軸截距73.73672.95769.19362.52055.26252.24151.024Z值2.8445.1069.31712.21813.68914.07414.205注：為計算方便，此表忽略單位3.吸附量г在-c取點做切線，求得z值,見表3.由得表3г計算數(shù)據(jù)1234567濃度C（mol/L）0.0100.02180.06620.1600.3130.4000.440Z/(10-3N·m-1)2.8445.1069.31712.21813.68914.07414.205Г/(mol/m2)1.15×10-62.06×10-63.76×10-64.93×10-65.52×10-65.68×10-65.73×10-6(C/Г)/(m2/L)0.872×1041.06×1041.76×1043.25×1045.67×1047.04×1047.68×104注：T=298.15K4.求q作"г-c"圖,"c/г-c"圖用originPro8擬合得k=1.58×105m2/mol5.的計算C=0.740mol/Lг=5.73×10-6mol·m2[思考與討論]六、思考題本實驗中圖形應(yīng)該是怎樣的？將實驗結(jié)果所求得的值與理論值比較，討論產(chǎn)生誤差的原因。答：隨著c的逐漸增大，Γ先快速增加，后來逐漸減小，故曲線逐漸地趨于平緩，且以為極限。有文獻(xiàn)表明正丁醇分子截面積的理論值為0.28nm2,本實驗所得結(jié)果與之接近，但偏小。誤差分析見下。七、討論誤差分析：1.系統(tǒng)誤差：氣泡終究是向水中冒的，不可避免外壓也受到水壓的影響。修正后公式為：故可知所得的γ值偏大，又不能保證每一次γ偏大幅度比例相同，因此會帶來誤差。由水的表面張力以及計算可知：毛細(xì)管半徑在數(shù)量級上與，故附加壓力是數(shù)量級，這與水柱的高度差相比，即使是實驗中最小的液面高度差3.60cm,它引入的相對誤差也只有%，對實驗結(jié)果的結(jié)果還是比較小的。毛細(xì)管的半徑也是一個因素。毛細(xì)管半徑太大，所需壓力將太小，導(dǎo)致測定誤差增大；毛細(xì)管徑太小，將使出泡變得很困難而影響實驗。同時，實驗裝置的氣密性也會對結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。2.隨機誤差:溫度：溶液的表面張力與溫度有關(guān)，溫度愈低，表面張力愈大。由于實驗中的恒溫終歸不是絕對的，使得溶液表面張力隨著溫度的改變而發(fā)生些許的波動，造成了一定的隨機誤差。但實驗中就注意為保證恒溫，測定管外應(yīng)保持足夠高的水浴。液體的濃度表面張力也與液體的純度有關(guān)。我們需要測定的是已經(jīng)濃度對應(yīng)的表面張力，故本次實驗中每次換液時都應(yīng)該認(rèn)真仔細(xì)地潤洗，使得濃度不至于發(fā)生改變而影響最后的實驗結(jié)果。毛細(xì)管的潔凈毛細(xì)管管徑很小，即使只是上了很少量的雜質(zhì)，也會導(dǎo)致毛細(xì)管旁液體濃度明顯變化，影響結(jié)果。毛細(xì)管插入溶液中的深度這個因素直接影響測量結(jié)果的