溶液表面張力及吸附分子橫截面積的測定

溶液表面張力及吸附分子橫截面積的測定實驗目的學習用最大氣泡壓力法測定溶液的表面張力。。2．了解用吉布斯方程在溶液表面吸附中的實驗應用3.了解溶液表面吸附分子的橫截面積的測量方法。實驗原理溶液表面的過剩物質的量廠表面張力。（或比表面Gibbs函數）是表面化學熱力學的重要性質之一。純溶劑中溶入溶質形成溶液后，溶液的表面張力不同于純溶劑。按照溶液表面張力隨溶質濃度的變化規(guī)律可把溶質分為三種情況。溶液的表面張力隨溶質濃度的增加而增大；溶液的表面張力隨溶質濃度的增加而減??；溶液的表面張力最初隨溶質濃度的增加而急劇減小，當達到某一臨界Gibbs等溫吸附方程（3-63）述這一規(guī)律的方程是rGibbs等溫吸附方程（3-63）述這一規(guī)律的方程是r=—RTdct濃度的變化式（3-63）中，廠被Gibbs稱為表面過剩物質的量，單位為。對某些溶液系統(tǒng)（如電解質溶液系統(tǒng)）式中的濃度c有時要用活度a代換。由圖3-30,對曲線A,（da/dc））＞0,廠VO,這種情況稱為負吸附。對曲線B和C,（da/dc）TV0,廠＞0,這種情況稱為正吸附。本實驗研究正吸附的情況。只要獲得了溶液表面張力隨溶質濃度的變化曲線,就可用微分法得到某一濃度下的（da/dc））,然后依據方程（3-63）得到表面過剩物質的量廠。2。飽和表面過剩物質的量與吸附分子的橫截面積對于正吸附的情況，溶質分子在溶液表面過剩物質的量廠取決于溶質在溶液本體的濃度。在本體濃度較小時，廠隨c的增加而增大，當溶液表面已經蓋滿一層溶質分子時，廠達到最大，用符號廠表示。稱為飽和表面過剩物質的量。83-64)若以1/廠對療（稱為表面壓力）作圖則得圖3-31；n的定義如式（3-643-64)n=a0-a由圖3-31看出，當n較大時（即濃度c較小時）1/廠趨向于一個定值，此定值即1/廠。由此8可求得廠。然后由式（3-65）計算吸附分子的8橫截面積Ac。c1A二丄（3-65）CrL式(3-65)中L為Avogadro常量。3．最大氣泡壓力法測定液體的表面張力測定液體表面張力的方法有最大氣泡壓力法、落球法、扭稱法、滴重法及毛細管上升法等。本實驗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定儀（見實驗34）；下口瓶；恒溫水??；無水乙醇（AR）實驗步驟1．用去離子水和無水乙醇配制下列無水乙醇水溶液表3-8待測的無水乙醇水溶液的濃度 實驗溫度：25°CNo。123456e /mol.L-1乙醇02?將待測液體15?30mL裝入洗凈烘干的磨口瓶1中，蓋好磨口瓶蓋；將自來水注入下口瓶8中，關好兩通閥10；如圖連接好各部分（方法見實驗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25C，恒溫10?15分鐘后，打開下口瓶8的放水活塞10，調整放水速率，使測量瓶的毛細管端每隔6秒左右鼓出一個氣泡（一次只能鼓一個氣泡，不可連續(xù)鼓泡！）；測量毛細管鼓泡時的最大壓差（方法同實驗34），分別測出p細和p粗，然后有4p=p細-p粗。用2的方法依次測量表3-8中各液體樣品的4p。數據處理1、手工處理數據（1） 從教材附錄中查出純水的表面張力；用實驗34的方法計算各無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曲線上每一個濃度下的斜率，即（da/de）T。（4） 用式（3-64）計算療。（5） 用式（3-63）計算各表面過剩物質的量廠，并計算1/r。（6） 作（1/廠）~n圖，由圖中求出廠。co（7） 用式（3-65）計算吸附乙醇分子的橫截面積A。C（8） 將上述計算的各個量填入表3-9。表3-9無水乙醇水溶液表面張力測定數據表實驗溫度：25CNo.123456e /mol?L-1乙醇Ap/Paa/Nm1(da/de)f/m?L3?mol-1?N-1Tr/moLm-2(1/r)/m2?mol-1n/N?m-1r/moLm-2A/m2?

2、用微機處理數據（1）擬合曲線方程①打開微機的Excel界面，如圖3-32。②將標準液體的表面張力。和及各濃度下的乙醇水溶液的△p的數值分別代入式ssx（3-38）（見實驗34）計算不同濃度的乙醇水溶液的表面張力。然后將濃度c及表面張力的值分別輸入到Excel的A、B兩列中，如圖3-33。圖3-32MicrosoftExcel界面 圖3-33計算表面張力的對話窗口③在得到了濃度c和表面張力。之后，將A、B兩列選取，然后點擊窗口的作圖鍵,便出現圖3-34對話窗口-1。在圖表類型菜單中，選擇XY散點圖，立即出現圖3-35對話窗口-2。在子圖表類型菜單中選擇某種類型，然后按下一步|一|下二步一下一步|，出現圖3-36對話窗口-3。點擊新工作表，然后點擊完成，出現圖3-37對話窗口-4。該對話窗口中的曲線不是經曲線擬合程序擬合的，不符和要求。此時須用鼠標右鍵點擊線上的任意一點，出現一個文字對話框。鼠標左鍵點擊添加趨勢線之后，出現圖3-38對話窗口-5。選擇多項式；然后在階數窗口選擇2；再點擊選項按鍵，出現添加趨勢線窗口；點擊顯示公式（E）和顯示R平方值，再點擊確定按鍵，出現圖3-39。I表耳導-4步■之＜-圖表位置-型I ,,11II圖3-35作圖對話窗口-2團表放在：「新工作表⑤I： I團表12a嵌入工作表?：[mmLDJZLJ取消I＜上一步遡|下一步》11完成?I圖3-36作圖對話窗口-3圖3-37作圖對話窗口-4ABc100.07197-0.0114ABc100.07197-0.011420.85350.06863-0.0102131.7070.05081-0.0090142.560.04548-0.0078253.4140.04349-0.0066264.2670.04089-0.0054375.120.03316-0.0042388.3540.02910.000296qri'+rin1i3I'triTJ+ri_1心□罰JClT = =2*0.0007*；di T■ ==-$Al*$Cl/(8.3145+298.15)ABcDE|100.07197[-0.01140.20.85350.06863-0.010213.51E-06"31.7070.05081-0.009016.2E-0642.560.04548-0.007828.07E-0653.4140.04349-0.006629.12E-0664.2670.04089-0.005439.34E-0675.120.03316-0.004238.74E-0688.3540.02910.000296-IE-069c/mcil.dm-S□/nii'I.m-lCdO/dc^r圖3-40微分法求曲線某點的斜率圖3-41計算表面過剩物質的量廠圖3-39作圖對話窗口(已經擬合出所需的圓滑曲線計算曲線在某點的斜率將圖3-39中的擬合方程復制到Excel表的C1中，然后將等號左側的y去掉，對曲線進行微分，即得到方程(da/de)=y\按回車鍵，并將公式復制；按下拉鍵并粘貼，便可求出各濃度下的(da/de)，如圖3-40。計算表面過剩物質的量廠有了曲線斜率之后，依據式(3-63)在Excel工作表的D列編制計算廠的程序。方法是：=-$Al*$Cl/(8.3145*298.15)。按回車鍵并復制該程序；按下拉鍵并粘貼，可計算各濃度下的廠，如圖3-41(4)計算1/r和療在Excel工作表的E列計算療，程序：=0.07197-$B1回車。復制，按下拉鍵并粘貼。在Excel工作表的F列計算1/廠，程序：=1/$D1回車。復制，粘貼。(5)作(1/廠)?n圖在Excel工作表中選取E、F兩列，用作a?e曲線的方法作1/廠?n圖，如圖3-42。由圖3-42讀出(1/r)為114407.7m2.moH。則廠=8.74X10-6mol.m-2。將廠=8.74XCO 8 810-6mol.m-2代入式(3-65)可計算吸附乙醇分子的橫截面積。3000002000001