溶液的吸附作用和液体表面张力的测定 京化工 大弹 主讲教师：张丽丹教授 北京化工大学化学实治教学示克中心
溶液的吸附作用和液体表面张力的测定 北京化工大学化学实验教学示范中心 主讲教师： 张丽丹 教授
实验目的 北京化工大学 化学实验教学中心 1.用最大泡压法测定不同浓度的表面活性物质（正丁醇） 溶液在一定温度下的表面张力； 2.应用Gibbs7和Langmuir吸附方程式进行精确作图和图解 微分，计算不同浓度正丁醇溶液的表面吸附量和正丁醇 分子截面积，以加深对溶液吸附理论的理解； 3.掌握作图法的要点，提高作图水平
一、实验目的 1．用最大泡压法测定不同浓度的表面活性物质(正丁醇) 溶液在一定温度下的表面张力； 2．应用Gibbs和Langmuir吸附方程式进行精确作图和图解 微分，计算不同浓度正丁醇溶液的表面吸附量和正丁醇 分子截面积，以加深对溶液吸附理论的理解； 3．掌握作图法的要点，提高作图水平。 北京化工大学 化学实验教学中心
二、实验原理 北章化工大学 化学实验教学中心 Gibbs/用热力学方法导出了一定温度下，吸附量的定量 公式 Gibbsp吸附等温式： r=- c dy RT dc 式中，厂为表面吸附量(mol/m);y为表面张力N/m或J/m2); T为热力学温度(K);c为溶液本体的平衡浓度(ol/L)；R为 气体常数[J/(moK)]
二、实验原理 Gibbs用热力学方法导出了一定温度下，吸附量的定量 公式——Gibbs吸附等温式： 北京化工大学 化学实验教学中心 式中，Γ为表面吸附量(mol/m2 )；γ为表面张力(N/m或J/m2 )； T 为热力学温度(K)；c为溶液本体的平衡浓度(mol/L)；R为 气体常数[J/(mol·K)]
二、实验原理 北京化工大学 化学实验教学中心 设气-固单分子层吸附的Langmuir吸附等温式适用于溶 液的表面吸附，并以表面吸附量（表面超量）代替单位表面 上所含正丁醇的物质量，则有： T Kc 0= 。1+KC 或 r-D T 式中，为吸附分数；c为溶液本体平衡浓度；K为与溶液表 面吸附有关的经验常数。由cT~c作图可得一直线，有直线 斜率求，由如下公式可求分子的截面积S。 S=. 1 W。 式中，N为Avgodro常数
二、实验原理 设气-固单分子层吸附的Langmuir吸附等温式适用于溶 液的表面吸附，并以表面吸附量(表面超量)代替单位表面 上所含正丁醇的物质量，则有： 或 北京化工大学 化学实验教学中心 式中，θ为吸附分数；c为溶液本体平衡浓度；K为与溶液表 面吸附有关的经验常数。由c/Γ~c作图可得一直线，有直线 斜率求Γ∞，由如下公式可求分子的截面积S。 0 1 S N = 式中，N0为Avgodro常数
P大 毛细管 压入空气 液 P最大 体 小气泡 图1最大泡压法测定液体表面张力示意图 卫内=P大气+P最大 P外=p大气+gh 当毛细管口移到液面时h=O,则： Y= P最大·r △p=P内P外 2 =P最大Pgh=2y1
压入空气 毛细管 液 体 小气泡 p大气 p最大 h 图1 最大泡压法测定液体表面张力示意图 p 内 = p大气 + p最大 p 外 = p 大气 + gh p = p 内 - p 外 = p最大- gh=2 /r 当毛细管口移到液面时h=0，则： 2 p r = 最大
二、实验原理 北京化工大学 化学实验款学中心 若将表面张力分别为和的两种液体用同一支毛细管和压 力计用上法测出各自的和，则有如下关系： Y= P最大 Y=P最大1 2 Y1= Y2 P最大2 2P最大=KP敏大1 P最大2 对同一支毛细管来说，K值为一常数，其值可用一已知 表面张力的液体标定。本实验用纯水作为基准物质，20.0℃ 时纯水的表面张力为7.275×102N/m(或J/m)
二、实验原理 若将表面张力分别为和的两种液体用同一支毛细管和压 力计用上法测出各自的和，则有如下关系： 对同一支毛细管来说，K值为一常数，其值可用一已知 表面张力的液体标定。本实验用纯水作为基准物质，20.0℃ 时纯水的表面张力为7.275×10-2N/m(或J/m2 )。 北京化工大学 化学实验教学中心 2 p r = 最大 1 2 p p = 最大1 最大2 2 1 p Kp p = = 最大1 最大1 最大2
二、实验原理 北京化工大学 化学实骏教学中心 ·002 1022.二 图2最大泡压法测液体表面张力实验装置图
二、实验原理 北京化工大学 化学实验教学中心 图2 最大泡压法测液体表面张力实验装置图
二、实验原理 北京化工大学 化学实验教学中心 B毛细管 压 表压 接压力计 A抽气瓶 C样品管 大气压线 ,D恒温槽 真空度 绝对压 绝对压 图3最大泡压法测液体表面张力 绝时零压线 实验装置示意图
二、实验原理 北京化工大学 化学实验教学中心 图3 最大泡压法测液体表面张力 实验装置示意图 绝对压 表 压 绝对压 真空度 大气压线 绝对零压线 A B
三、实验步骤 北京化工大学 化学实骏教学中心 1.溶液配制 按下表配制9份溶液 样品编号 1 2 3 4 5 6 8 9 容量瓶体积/cm3 100 50 50 50 50 50 50 50 50 V正丁醇cm3 0.100.10 0.25 0.50 0.75 1.00 1.251.50 1.75 2.按照装置图示组装仪器； 3.测纯水的p最大2，即仪器常数，系统放空同时采零，然后观 察气泡破灭时最大压差，反复读取3~5次取平均值； 4.测待测溶液，顺序由稀到浓，每次测前润洗样品管
三、实验步骤 1．溶液配制 按下表配制9份溶液 2. 按照装置图示组装仪器； 3. 测纯水的p最大2，即仪器常数，系统放空同时采零，然后观 察气泡破灭时最大压差，反复读取3~5次取平均值； 4. 测待测溶液，顺序由稀到浓，每次测前润洗样品管。 北京化工大学 化学实验教学中心 样品编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 容量瓶体积/cm3 100 50 50 50 50 50 50 50 50 V正丁醇/cm3 0.10 0.10 0.25 0.50 0.75 1.00 1.25 1.50 1.75
四、实验数据记录及处理 北京化工大学 化学实验教学中心 样品编号 3 4 5 6 8 c/[mol.dm3] P最大 y/[N/m] dy/dc T/[mol m2] c/T
四、实验数据记录及处理 北京化工大学 化学实验教学中心 样品编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 c/[mol·dm-3 ] p最大 γ/[N/m] dγ/dc Γ/[mol·m2 ] c/Γ
