溶液表面吸附的测定

溶液表面吸附的测定一．实验目的1.掌握最大气泡压力法测定溶液表面张力的原理和方法。2.根据吉布斯吸附方程，计算溶液表面吸附量和乙醇分子的横截面积。二．实验原理溶液表面吸附溶质的量Γ与表面张力σ、浓度c有关。其关系符合吉布斯吸附方程：Γ=−CRT(∂σ∂c)T（B.1）式中(∂σ∂c)T,表示在一定温度下，表面张力随浓度的变化率。如果溶液表面张力随浓度增加而减小，即(∂σ∂c)T0，则T0，此时溶液中溶质在表面层中的浓度大于在溶液本体中的浓度，称为正吸附。如果(∂σ∂c)T0，则T0，称为负吸附。在一定温度下，测定不同浓度溶液的表面张力σ，以σ对c作图，求不同浓度时的(∂σ∂c)T值。由Gibbs吸附方程求各浓度下的吸附量Γ。本实验采用最大气泡压力法测定液体表面张力。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P为大气压力P0和附加压力ΔP。根据拉普拉斯（Laplace）方程：∆P=2σr（B.2）根据拉普拉斯方程，毛细管内凹液面的曲率半径等于毛细管的半径r时，能承受的压力差最大。则有∆Pmax=2σr（B.3）σ=r2∆Pmax（B.4）测定毛细管的半径r和∆Pmax即可求得液体表面张力σ。直接测定毛细管半径r容易带入较大的误差，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的参考液体的∆Pmax,1和待测液体的∆Pmax，由（B.3）式得r=2σ∆Pmax=2σ1∆Pmax,1（B.5）σ=∆Pmax∆Pmax,1σ1（B.6）由式（B.6）可求出其它液体的表面张力σ。三．仪器和溶剂微压差测量计表面张力测量玻璃仪器恒温槽容量瓶（50mL*8）烧杯无水乙醇（A.R.）四．实验步骤1.溶液的配置：使用0.00001g精度的电子天平称取无水乙醇到50mL容量瓶中，加水至刻度线。配置乙醇的物质的量浓度分别约为0.7、1.4、2.1、2.8、3.5、4.2、4.9、5.6mol/L的乙醇水溶液。2.设定恒温水槽的温度为比室温高约5℃，且能查到该温度下纯水的表面张力值。3.洗净表面张力仪，往其中加入适量去离子水，通恒温水10min以上，使去离子水恒温。4.将毛细管与乳胶管断开，用洗耳球将毛细管内外处理干净，将毛细管放入表面张力仪。调节表面张力仪的活塞，使得毛细管下端刚好与液面相切。使微压差测量仪通大气，按“设置”键，然后将毛细管与乳胶管连接上。5.缓慢打开分液漏斗的活塞，使水缓慢滴下，毛细管上面压力逐渐增大。调节水滴下的速率，当毛细管下端每5-10s产生一个气泡时，记录下微压差测量仪上的最大值，即为ΔPmax值。读三次，记录时取平均值。6.将表面张力仪内的上组溶液排出，用待测组分溶液润洗表面张力仪2次。将毛细管与乳胶管断开，用洗耳球吹洗毛细管，将内外残留的上组溶液除净。每次更换溶液后，在表面张力仪中应恒温10min以上。五．实验数据室温：26.2℃恒温水温度：30℃。查表可知在30℃下，σH2O=71.18mN·m−1编号012345678预计浓度/(mol∙dm−3)00.71.42.12.83.54.24.95.6乙醇质量/g01.613.224.836.448.059.6611.2712.88溶液体积/mL50.00浓度/(mol∙dm−3)00.71.42.12.83.54.24.95.6∆Pmax/Pa第一次456384329304277258239230212∆Pmax/Pa第二次456384330302277259240230214∆Pmax/Pa第三次456384328302279256241228215∆Pmax/Pa平均值456384329302.7277.7257.7240228.7213.7表面张力σ/(mN·m−1)71.1859.9451.3647.2543.3540.2337.4635.7033.36编号0123(∂σ∂c)T-6.98137-6.15528-3.94099-2.48758吸附量Γ/mol∙dm−200.0039340.0050370.004769编号45678(∂σ∂c)T-2.18012-1.82919-1.40683-1.27329-1.45342吸附量Γ/mol∙dm−20.0055730.0058450.0053950.0056960.007431六．实验总结和误差分析1.称量乙醇过程中虽然先在容量瓶中加入适量去离子水以防止乙醇的挥发，但乙醇的挥发是难以避免的，从而带来称量上的误差。2.不能保证每组实验操作时毛细管低端完全与液面相切，如果毛线管插入液面较大则读数偏大从来带来误差。3.毛细管口径很小，在洗涤的时候很困难，这样毛细管内壁残留的物质会影响气流，造成了示数的波动从而带来了误差4.实验中发现气泡的产生不完全是均匀的，并且速率不同微压差计读取的最大数值会有较大的偏差。因此通过调节漏斗，调节水滴滴下速率从而控制气泡的产生速率会带来一定得偏差。七．思考题1.实验前为什么一定要确保表面张力仪和玻璃毛细管的洁净？答：为了得到较高精度的最大压力差值ΔPmax。确保表面张力仪和玻璃毛细管的洁净是为了确保待测组分的溶液不引入杂质和保证浓度基本保持不变，并且能够均匀的产生气泡。2.为什么不直接测量毛细管的半径，而用标定的办法？答：毛细管的半径很小，如果直接测量会引入很大的相对误差，很大程度的降低了实验的精度。标定法不用直接测量毛细管的半径，不会再半径的量取和读数上引入误差。