复旦 物理化学 溶液表面的吸附

溶液表面吸附的测定1. 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2. 实验原理① 表面自由能：从热力学观点看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总的自由能减小的过程。

如欲使液体产生新的表面ΔA ，则需要对其作功。

功的大小应与ΔA 成正比：-W=σΔA ，式中σ为液体的表面自由能，亦称表面张力（单位为J ·m-2）。

它表示了液体表面自动缩小趋势的大小，其量值于液体的成分、、溶质的浓度、温度及表面气氛等因素有关。

② 溶液的表面吸附：纯物质液体的表面层与本体（内部）组成相同。

根据能量最低原理，为降低其表面吉布斯自由能，必须尽可能地收缩液体表面。

对溶液则不同，加入溶质后，溶剂表面张力发生变化，根据能量最低原理，若加入的溶质能降低溶剂表面张力时，则溶剂在表面层的浓度比在溶液本体中的浓度大；反之，若溶质使溶剂表面张力升高，溶质在表面层的浓度小于在溶液本体中的浓度。

溶质在溶液表面层与在溶液本体中浓度不同的现象称为溶液的表面吸附，即溶液借助于表面吸附来降低表面吉布斯自由能。

③ 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=-C RT(∂σ∂c)T 。

(∂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)T <0，则T>0，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 )T >0，则T<0，称为负吸附。

④ 以表面张力对浓度作图，得到σ-C 曲线，在σ-C 曲线上任选一点作切线，即可得到该点所对应浓度c i 的斜率 ∂σ∂c iT 。

其中MN =-c i ∂σ∂c iT ，则Γ=MNRT，根据此式可求得不同浓度下各个溶液的Γ。

对于溶液表面吸附，可以采用朗格缪尔(Langmuir)吸附等温式描述表面吸附量Γ与溶液浓度c 之间的关系，即θ=ΓΓ∞=kc1+kc 。

溶液表面吸附的测定一、实验目的1、采用最大泡压法测定不同浓度的乙醇水溶液的表面张力2、根据吉布斯吸附公式计算溶液表面的吸附量和乙醇分子的横截面积二、实验原理1、表面自由能 从热力学观点看，液体表面缩小是一个自发过程，这是使体系总的自由能减小的过程。

如欲使液体产生新的表面△A ，则需要对其作功。

功的大小应与△A 成正比：A W ∆=σ-式中σ为液体的表面自由能，亦称表面张力。

它表示了液体表面自动缩小趋势的大小，其量值与液体的成分、溶质的浓度、温度及表面气氛等因素有关。

2、溶液的表面吸附 纯物质表面层的组成与内部的组成相同，因此纯液体降低表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。

对于溶液，由于溶质能使溶剂表面张力发生变化，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。

根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层溶质的浓度比溶液内部大；反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，表面层中的浓度比内部的浓度低。

这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。

显然，在指定的温度和压力下，溶质的吸附量与溶液的表面张力及溶液的浓度有关，从热力学方法可知它们之间的关系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程：Tdc dσRTc-Γ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛= 式中：Γ为表面吸附量(单位：mol·m -2)；T 为热力学温度(单位：K)；c 为稀溶液浓度(单位：mol·dm -3)；R 为气体常数。

T dc dσ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛<0，则Γ>0，称为正吸附；Tdc dσ⎪⎪⎭⎫⎝⎛>0，则Γ<0，称为负吸附。

以表面张力对浓度作图，即得到c -σ曲线，在c -σ曲线上任选一点作切线，如图12.1所示，即可得该点所对应浓度c i 的斜率：()T i c d /d σ，图12.1 表面张力与浓度的关系其中： ()T i i c c MN d /d σ-= 则： RT MN /=Γ，根据此式可求得不同浓度下各个溶液的Γ值。

溶液表面吸附实验的再讨论许新华;吴梅芬;王晓岗【摘要】在溶液表面吸附实验中,乙醇和正丁醇水溶液具有不同的吸附行为,但是从σ–c曲线上很难判断,实验测量条件选择不当可能导致错误的结果.鉴于吉布斯吸附等温式与朗格缪尔吸附等温式并不具有相容性,不宜采用任何数学方程或物理模型进行数据拟合.建议实验数据处理方法如下:对σ–nc关系手工拟合曲线,做到单调、平滑;在拟合曲线上密集读点后重新绘制σ–lnc关系曲线;求出各点的导数(?σ/?lnc)T;采用吉布斯吸附等温式Γ=?(?σ/?lnc)T/(RT)计算表面吸附量.在计算溶质分子横截面积时,应考虑本体溶液浓度c对表面层溶质分子密度的影响.【期刊名称】《大学化学》【年(卷),期】2018(033)010【总页数】6页(P91-96)【关键词】溶液表面吸附;数据拟合;吉布斯吸附等温式;朗格缪尔吸附等温式【作者】许新华;吴梅芬;王晓岗【作者单位】同济大学化学科学与工程学院,上海 200092;同济大学化学科学与工程学院,上海 200092;同济大学化学科学与工程学院,上海 200092【正文语种】中文【中图分类】G64;O647;O6–39溶液表面吸附和表面张力的测定是经典的物理化学实验项目之一，实验教材中常见的实验对象有正丁醇水溶液(如北京大学、南京大学、厦门大学、上海交通大学和天津大学等)和乙醇水溶液(如复旦大学、华南理工大学、武汉理工大学、华中科技大学和常州大学等)，对该实验也有大量的教学改革研究。

但是，该实验项目的设计在原理上存在几个错误认识，导致在不同的学校、实验室、实验者之间的实验结果各异。

本文通过分析该实验涉及的原始文献数据，研究了这些错误认识的来源，提出了一种利用计算机软件对无数学关系变量进行曲线绘制和数据分析的方法，并对表面张力法计算表面吸附量和推算溶质分子横截面积进行了讨论。

溶液表面吸附实验的理论基础[1]是Gibbs吸附等温式：式中α为溶质(吸附质)的活度；c为溶质的浓度数值，实际为活度系数为1时的活度值，为无因次量；σ为溶液的表面张力；Γ为溶质的相对表面吸附量(也称为表面过剩量)，表示在单位面积的表面层中所含溶质的物质的量与具有相同数量的溶剂的本体溶液中所含溶质的物质的量之差值。

表面活性剂溶液临界胶束浓度的测定姓名: 学号: 温度: 日期:一、实验目的1. 了解表面活性剂溶液临界胶束浓度(CMC)的定义及常用测定方法2. 设定两种或两种以上实验方法测定表面活性剂溶液的CMC二、实验原理凡能显著降低水的表面张力的物质都称为表面活性剂。

当表面活性剂溶入极性很强的水中时, 在低浓度是成分散状态, 并且三三两两地把亲油集团靠拢而分散在水中, 部分分子定向排列于液体表面, 产生表面吸附现象。

当溶液表面吸附达到饱和后, 浓度再增加, 表面活性剂分子会自相缔合, 即疏水的亲油集团相互靠拢, 而亲水的极性基团与水接触, 这样形成的缔合体称为胶束。

以胶束形式存在与水中的表面活性物质是比较稳定的, 表面活性物质在水中形成胶束所需的最低浓度称为临界胶束浓度（CMC）。

在CMC附近由于溶液的结构改变导致其许多性质发生突变（见下图）, 这种现象是测定CMC的实验依据, 也是表面活性剂的一个重要特征。

所以测定CMC的方法有很多, 比如: 表面张力法、电导法、折光指数法和染料增溶法等等。

三、实验要求1. 根据本实验提供的仪器与药品: 表面张力测定仪；电导率仪；超级恒温槽；十二烷基硫酸钠(SDS)。

设计出2种以上测定CMC 的实验方法, 用这些方法测定表面活性剂的CMC。

2. 确定表面活性剂溶液的浓度范围, 写出实验操作步骤, 并指出实验的注意事项。

3. 采用多种数据处理方法确定CMC。

例如：在表面张力法的处理数据时, 可以作σ－c曲线图,由转折点确定CMC；也可以由四个低浓度点和四个高浓度点分别作两条σ－lgc直线, 由两线的交叉点确定CMC。

而在用电导法时, 可以作κ－c曲线, 也可以作Λm－c曲线。

指出转折点明显直观, 误差小的数据处理方法。

4．对2种方法测得的数据进行比较, 据此分析两种方法的优缺点。

5．实验报告必须打印, 数据处理用Origin软件或用Microsoft Excel作图。

四、参考文献1.复旦大学等编, 《物理化学实验》（第三版修订本）[M].高等教育出版社, 200.年.2、蔡亮.电导法测定临界胶束浓度及胶束电动力学模型的建立[J].大学化学.2003（2）：54-56最大气泡法及原理:4.1.1 原理表面活性剂溶液的表面张力随浓度的变化在cmc处同样出现转折。