测定正丁醇溶液中的吸附作用和表面张力

数据处理
根据溶液温度查表可知水的表面张力。
根据公式
，可得各溶液的
表面张力。
p 曲线上取两个点 （C=0.05和0.20处），分别作出切线并求 相应的斜率，求出这两个点的吸附量。
根据方程（14-2）求算各浓度的吸附量，并 作出(c/ Γ)-c图，由直线斜率求其Γ ∞，并 计算横面积S0值。
仪器与试剂
实验装置见图1。 毛细管要求出泡均匀，最好在纯水中测量
hmax达14cm左右，不可内径太粗， 否则误差大，毛细管头部必须平整光滑， 不沾油污，以免出泡不均匀。 正丁醇（分析纯）。
实验步骤
仪器常数的测定
洗净试管，用蒸馏水淌洗后，再加蒸馏水，调节毛细 管高度，使毛细管刚接触液面，如图14-3接好仪器(不 能漏气)。试管安装在恒温槽中。
吴肇亮,蔺五正,杨国华等．物理化学实验[M], 北京,石油大学出版社 ,1993.
Hugh W. Salzberg et. al., Physical Chemistry Laboratory: Principles and Macmillan Publishing Co.,INC.(New York).1978.
思考问题
最大泡压法测定表面张力时为什么要测定仪器常数？ 用最大泡压法测定易发泡液体的表面张力时应注意
哪些问题？ 有些物质（如十二烷基硫酸钠）用最大泡压法测定
其溶液的表面张力往往和用其它方法（如滴重法） 测量结果相差较大，试简单分析其原因。
参考文献
李江中,罗志刚,通用化学实验技术[M], 广州,： 华南理工大学出版社,1997.
在σ—c曲线上任意选一点i做切线，即可 得该点所对应浓度ci的斜率（d/dci）T代 入（14-2）式，可求出不同浓度时的吸附 量Γ。

溶液中的吸附作用及表面张力的测定中国科学技术大学少年班学院摘要：本实验通过最大气泡压力法对不同浓度的正丁醇溶液的表张力进行测定，并由此计算溶液界面上的吸附量并由饱和时吸附量的值计算得到正丁醇的分子截面积。

关键词：最大气泡压力法，表面张力，正丁醇，表面吸附1前言对于液体而言，其界面和表面处的性质尤为重要，可以决定其很多用处，而对于这部分性质而言，表面张力是其中最重要的一个数值，例如表面活性剂和表面吸附都要以表面张力为基础。

对于表面张力的测定则由很多方法，例如液膜法和泡压法，本实验采用的泡压法是利用溶液中气泡在涨破瞬间的压力来计算得到表面张力数值的。

2实验部分2.1实验仪器及试剂HK-2A型超级恒温水浴DMP-2B型数字式微压差测量仪Perfluid Model BT50b 气泵恒温套管，毛细管，100mL容量瓶，2mL移液管正丁醇，蒸馏水，铬酸洗液2.2实验设计2.2.1吸附量的求得吸附量定义为溶液中表层与里层浓度之差，曾经有人用刮下表层液膜并测定其中溶质浓度的方法来计算吸附量，这种方法虽然来自于最原始的对于吸附量的定义，但是用刀片刮下表层液膜这一点上操作起来十分困难，而吉布斯则从热力学上对吸附量的数值进行了推导，得到了吸附量与其他各个热力学函数之间的关系式：Γ=−cRT (ðσðc)T(1)其中σ为溶液的表面张力，c为溶液浓度，T为温度，溶液浓度和温度都容易得到，故此时的任务便是求得(ðσðc )T项，为了求出偏导数的值，则至少要测量多组表面张力-浓度数据，而其中表面张力的测定便要用到最大气泡压力法。

2.2.2最大气泡压力法测定表面张力对于毛细管口处的一个气泡而言，它受到内外两个压力差的作用，同时还受到毛细管口一圈处表面张力的作用，在表面张力的作用下，气泡仍然停留在管口处不溢出，而当气压差达到一定大小的时候，表面张力无法再维持住气泡，则气泡此时会从管口溢出，在溢出时，两个作用力大小应该相等，可以得到关系式：2πrσ=ρg∆P (2)等式左侧为气泡受到的表面张力，其中r为毛细管管口半径，右侧则为压力差在气泡上的作用力，在测定的时候，∆P的数值可以从微压计上读出，但是毛细管半径和溶液密度的数值则不易得到，而在溶液密度变化不大的情况下，对于两个情况下的表面张力和压力差数值，可以近似得到：∆P1∆P2=σ1σ2(3)由上式可以得知，只要在某种已知表面张力的液体中进行一次测定，之后每一次便都可以通过压力差的数值得到表面张力的数值，定义K′=σ1∆P1为毛细管常数，则对于某一固定的毛细管而言，此常数为一定值，而某一情况下的表面张力则可以表达为σ=K′∆P (4)由此便可以计算得到任意情况下的表面张力数值。

（2）关于相关曲线的讨论 1）由σ~c 图可知，正丁醇溶液的表面张力σ随着其浓度的增加而逐渐降低，为正吸附，故 正丁醇是一种表面活性物质。当正丁醇的浓度增大到一定值时，溶液的表面张力σ的随浓度 的变化较小，此时有可能已经形成了单分子层的饱和吸附层； 2）由Г-c 图可知，当浓度较小时，随着浓度的升高，吸附量逐渐增加。
图2
5
6、连接橡皮管。
如毛细管的半径为 r，气泡由毛细管口逸出时受到向下的总作用力为r2P 最大，而
P 最大＝P 系统－P 大气压
hg
式中，h－数字式微压差测量仪上的读数 g－重力加速度
－压力计内液体的密度
气泡在毛细管上受到表面张力引起的作用力为 2r。气泡自毛细管口逸出时，上述两种力
看作相等，即：
r 2 P最大 r 2hg
（5）
r hg
2
（6）
若用同一只毛细管和压力计，在同一温度下，对两种溶液而言，则得：
1 h1 2 h2
1

2 h2
h1

K' h1
(7)
式中 K' 为毛细管常数。 用已知表面张力2 的液体为标准，从（7）式可求出其他液体的表面张力1。
线的斜率 B ( ( c )T )代入 Gibbs 吸附公式，可以求出不同浓度时气
－液界面上的吸附量。
在一定温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由 Langmuir 等
温方程式表示：
K C
1 K C
(2)
图 1 正丁醇水溶液的表面
张力与浓度的关系图
为饱和吸附量，K 为经验常数，与溶质的表面活性大小有关。
将（3）式化成直线方程，则
CC 1

(3)

实验九 溶液中的吸附作用和表面张力的测定──最大气泡压力法【摘 要】在溶液的表面层中的物质的浓度与溶液内部物质浓度不同的现象称为吸附，本实验利用最大气泡法，根据Gibbs 公式和Langmuir 等温方程式研究吸附量与溶液浓度及表面张力的关系。

【Abstract 】The phenomenon that the consistency of a substance in the surface of the solution is different from that inside is called absorption . In this experiment, according Gibbs formula and Langmuir equal- temperature equation , we apply the biggest bladder pressure method to research the relation among the amount of absorption and the consistency of a substance in the solution besides the surface tension. 【关 键 词】吸附作用 表面张力 最大气泡压力法 【Keywords 】Absorption effect Surface tension The biggest bladder pressure method 【实验部分】一、实验目的与要求：1、通过测定不同浓度（c ）正丁醇水溶液的表面张力（σ），由σ－c 曲线求溶液界面上的吸附量和单个正丁醇分子的横截面积（S 0）。

2、了解表面张力的性质、表面能的意义以及表面张力和吸附的关系。

3、掌握一种测定表面张力的方法—最大气泡法。

二、预习要求：1、 掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理。

2、 了解影响表面张力测定的因素。

-1-
最大气泡压力法测定溶液中吸附作用和表面张力
PB10207071 阮亮
生命学院
【摘要】
表面张力是描述液体表面自动缩小趋势的大小的一种性质。 本实验通过最大气泡 压力法测量溶液表面张力, 根据吉布斯公式和朗格缪尔等温方程式研究吸附量 与溶液浓度及表面张力的关系研究吸附作用和溶液浓度的定量关系。结果表明， Γ与c 的关系曲线呈阶梯型走势。同时，实验还给出正丁醇分子横截面积的数值。
-3
仪器：
型号及名称 DMP-2C 型数字式微差测 量计 HK-2A 超级恒温水浴 恒温套管 毛细管 250mL 分液漏斗 100mL 容量瓶 2mL 移液管 滴管 生产厂家 南京大学应用物理研究所 南京大学应用物理研究所 （半径 0.15~0.20mm ） 容积 250mL 量程 100mL 仪器参数 数量 １台 1台 1支 1支 1个 7个 1支 1支
3.实验步骤
1.
毛细管常数的测定 打开恒温水浴，使其温度稳定于 30℃。取一直浸泡在洗液中的毛细管，依 次用洗液，蒸馏水反复清洗若干次，玻璃套管加上蒸馏水插上毛细管，用 套管下端的开关调节液面恰好与毛细管端面相切，使样品在其中恒温 10 分钟。在分液漏斗中加入适量的水并与吸滤瓶连接好。然后调节分液漏斗 下的活塞使水慢慢滴入吸滤瓶中，这时体系压力逐渐增加，直至气泡由毛 细管口冒出，细心调节出泡速度，使之在 5~10 秒内出一个。记录气泡爆
( ) T ＜0,Γ >0,称为表面活性物质，另一类 c
) T ＞０，Γ <0,称为非表面活性物质。正丁醇是表面活性物质，其水溶 c 液的浓度越大，表面张力越小，在它的σ －C 曲线中取各点斜率代入 Gibbs 吸附公式即得不同浓度下的Γ 值。 在一定温度下，吸附量与溶液浓度之间的关系由 Langmuir 等温式表示为： Kc 1 K c

溶液中的吸附作用和表面张力的测定溶液中的吸附作用和表面张力的测定——最大气泡压力法【摘要】本实验采用最大气泡压力法测定了一系列不同浓度的正丁醇溶液的表面张力，并根据Gibbs吸附公式和Langmuir等温方程式的到了表面张力与溶液吸附作用的关系，用作图法求出了正丁醇分子横截面积，从实验上进一步了解表面张力的性质以及表面张力和吸附的关系，并得到了一个测量表面张力的简单有效而又精确的方法。

【关键词】最大气泡法表面张力吸附作用一、前言正丁醇是一种表面活性物质，可以使溶液表面张力下降。

利用最大气泡压力法，可以测量出正丁醇溶液的表面张力。

根据表面张力与气泡压力的关系，由σ-c曲线可以求出溶液界面上的吸附量和单个正丁醇分子的横截面积（S）。

1、物体表面的分子和内部分子能量也不同，表面层的分子受到向内的拉力，有自动缩小的趋势，表面分子的能量比内部分子大。

体系产生新的表面（∆A）所需耗费功（W）的量，其大小应与∆A成正比。

在等温下形成1m2新的表面所需的可逆功为σ，称为单位表面的表面能，其单位为N·m-1，通常称为表面张力。

2、纯液体情形下，表面层的组成与内部的组成相同，因此液体降低体系表面自由能的途径是缩小其表面积。

对于溶液，溶质会影响表面张力，调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。

根据能量最低原理，溶质能降低溶液的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比溶液内部大。

反之同理 。

这种表面浓度与溶液里面浓度不同的现象叫“吸附”。

Gibbs 用热力学的方法推导出吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度间的关系式Γ ＝T c RT c ⎪⎭⎫ ⎝⎛-∂∂σ 当()∂σ∂c T <0时，Γ >0，称为正吸附。

反之，()∂σ∂cT >0时，Γ <0，称为负吸附。

正丁醇溶液浓度极小时，溶质分子平躺在溶液表面上，当浓度增加到一定程度时，被吸附了的表面活性物质分子占据了所有表面形成了单分子的饱和吸附层。

溶液中的吸附作用和表面张力的测定———最大气泡压力法 黄汉弘 PB09206262摘要：本实验通过最大气泡压力法来测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，从而了解表面张力的性质，表面能的意义以及表面张力和吸附的关系。

关键词：吸附作用 表面张力 正丁醇 最大气泡压力法引言：1、物体表面的分子和内部分子所处的境况不同，因而能量也不同，表面层的分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。

如要把一个分子由内部迁移到表面，就需要对抗拉力而作功，故表面分子的能量比内部分子大。

增加体系的表面，即增加了体系的总能量。

体系产生新的表面（∆A ）所需耗费功（W ）的量，其大小应与∆A 成正比。

－W =σ∆A如果∆A ＝1m 2，则－W ＝σ，即在等温下形成1m 2新的表面所需的可逆功。

故σ称为单位表面的表面能，其单位为N ·m -1。

这样就把σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。

它表示表面自动缩小的趋势的大小。

表面张力是液体的重要特性之一，与所处的温度、压力、液体的组成共存的另一相的组成等有关。

纯液体的表面张力通常指该液体与饱和了其自身蒸气的空气共存的情况而言。

2、在纯液体情形下，表面层的组成与内部的组成相同，因此液体降低体系表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。

对于溶液，由于溶质会影响表面张力，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。

根据能量最低原理，溶质能降低溶液的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比溶液内部大，反之，溶质使溶液的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低。

这种表面浓度与溶液里面浓度不同的现象叫“吸附”。

显然，在指定温度和压力下，吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。

Gibbs 用热力学的方法推导出它们间的关系式 Γ ＝Tc RT c ⎪⎭⎫ ⎝⎛-∂∂σ 式中，Γ——气一液界面上的吸附量（mol ·m -2）；σ——溶液的表面张力（N ·m -1）; T ——绝对温度（K ）；c －溶液浓度（mol ·m -3）； R ——气体常数（8.314J ·mol -1·K -1）。

五.数据记录及处理室温：21.5℃ 大气压：99.75kPa 恒温槽温度：25℃ 25℃时σH 2O ：71.97*10-3N.m -1 ΔPH2O ：716Pa 毛细管常数K ：0.1005*10-3N.m -1.Pa -1 1)记录数据表格：样品电导水 123456780.020.040.060.080.100.120.160.20最大压力差/P a1 720 686 622 570 526 494 454 429 394 2 712 685 622 569 529 489 457 430 393 3 716692 619 571 528 497 457 426 396平 均 716687.7 621 570 527.7 493.3 456 428.3 394.3表面张力σ（N.m-1） 0.071970.06911 0.06241 0.05729 0.05303 0.04958 0.04583 0.04304 0.039632）作σ~C 曲线，得出曲线方程，求导可得一解析式，利用该式可求出不同浓度时正丁醇水溶液的σ。

二次多项式拟合结果[2013/6/3 14:36 "/Graph1" (2456446)] Polynomial Regression for DATA1_B: Y = A + B1*X + B2*X^2Parameter Value Error ------------------------------------------------------A 0.07497 8.41023E-4 B1 -0.33756 0.01799 B2 0.81809 0.07979 ------------------------------------------------------- R-Square(COD) SD N P ------------------------------------------------------- 0.99657 6.9579E-4 8 <0.0001 -------------------------------------------------------∴σ=0.07497-0.33756C+0.81809C 2 ∴d σ/dC=1.63618C-0.33756再由计算可得下表：正丁醇浓度C（mol.dm-3）dσ/dC Γ（mol.m2）C/Γ（m2/L) 0.02 -0.304836 2.4587*10-6 8134.37990.04 -0.272112 4.3895*10-6 9112.65510.06 -0.239389 5.7925*10-6 10358.2210.08 -0.206665 6.6676*10-6 11998.3200.1 -0.173942 7.0148*10-6 14255.5730.12 -0.141218 6.8341*10-6 17559.0050.16 -0.075771 4.8891*10-6 32725.8590.2 -0.010324 0.8327*10-6 240182.53 3）作Γ~C图，如下：4）作C/Γ~C图，如下（除去坏点）：由上图的直线斜率得：1/Γ∞=161247.62781 即Γ∞=6.20*10-6mol.m-2S0=1/(Γ∞*Ñ）=2.68*10-19m2δ=Γ∞M/ρ=6.20*10-6*74.14/0.8109=5.67*10-4六.思考题1)温度和压强的变化对测定结果有何影响？答：温度的变化对结果会有很大影响，表面张力是分子性质，而温度会影响分子的热运动动能。

液体表面层分子和内部（本体）分子受力情况
不同。内部分子受到周围液体分子的作用力相互
抵消，合力为零。而表面层分子受到液体和气相 分子的引力，合力指向液体内部，要使液体内部 分子移到表面层（使液体的表面积增大），就必 须克服此吸引力作工。
二、实验原理
本实验利用最大气泡法测定液体的表面张力。 将毛细管端面与液面相切，液面即沿毛细管上升，
实验：溶液中的吸附作用和表面张力的测定
一、实验目的
1、测定不同浓度正丁醇（乙醇）水溶液的表面张 力； 2、了解表面张力的性质，表面自由能的意义及表 面张力和吸附的关系； 3、由表面张力—浓度曲线（σ—c曲线）求界面上 吸附量和正丁醇分子的横截面积S实验原理
四、数据记录与处理
（1）按下表将所得数据记入下表:
浓度（mol/L）
P最大（Pa）
（2）利用公式计算毛细管常数 （3）由正丁醇溶液的实验数据计算各溶液的表面张力， 并作σ—C曲线。 （4）由σ—C曲线分别求出各浓度的值。
（5）利用Gibbs吸附等温式计算出各浓度下的Γ， 将Γ及由3、4式算出的各项结果列表：
打开抽气瓶活塞让水缓慢流下，使毛细管内溶液
受到的压力比样品管中液面的稍大，气泡就从毛 细管口逸出。这一压差可由精密压差计读出。
三、实验步骤
1、分别配制浓度为0.01、0.02、0.05、0.10、0.15、 0.20、0.25、0.30、0.35mol/L的正丁醇溶液100mL。 2、将仪器仔细洗涤干净，调节恒温槽温度为25℃。 3、样品管中装入蒸馏水，使液面与毛细管端面向切， 注意保持毛细管与液面垂直。 4、打开抽气瓶活塞，让水缓慢流下，使毛细管中气泡 逸出速度为5—10秒/个。 5、纪录压力计最大值，重复二次，求出P最大1平均值。 6、同法测定各浓度下正丁醇水溶液的P最大2值。

=得：
c d RT dc T

由表格：
-0.29872C +1.65385 2C 2 5.38012 3C 3 6.64738 4C 4 RT
浓度 C （mol/L） 0.0437 0.0874 0.1311 0.1748 0.2185 0.2622 0.3059
Г(mol·m-2)
C/Г(m2/L)
3.1612E-06 13824.04 3.9301E-06 22238.57 4.0807E-06 32127.04 4.4633E-06 39163.85 5.0051E-06 43655.87 4.7096E-06 55673.22 1.6573E-06 184574.84
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溶液中的吸附作用和表面张力的测量
表面活性溶质能降低溶液的表面张力，根据能量最低原理，溶质分子会尽量 往表面分布，表面层中溶质的浓度比溶液内部大。在表面达到形成单分子的饱和 吸附层之前，随着正丁醇浓度增加，表面的正丁醇也随之增加，且增加的速率快 于溶液内部，所以Γ增大。当表面刚好形成单分子的饱和吸附层时，此时浓度差 达到最大，界面的吸附量Γ达到最大。
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溶液中的吸附作用和表面张力的测量
本实验的关键在于溶液浓度的正确性和所用毛细管、恒温套管的清洁程度。 因此除事先用热的洗液清洗它们以外，每改变一次测量溶液，必须用待测溶液反 复洗涤，以保证所测量的溶液表面张力与实际溶液的浓度相一致。并控制好出泡 速度，平稳的重复出现压力差。而不允许气泡一连串冒出。洗涤毛细管时勿碰破 尖端，影响测量。 温度对该实验的测量影响也比较大，实验中请注意观察恒温水浴的温度，溶 液须恒温 10min 再进行测量。 2.3 实验注意事项： (1) 测定用的毛细管一定要洗干净，否则气泡可能不能连续稳定的通过，而 使压力计的读数不稳定。 (2) 毛细管一定要垂直，管口要和液面刚好接触。 (3) 表面张力和温度有关，因此要等溶液恒温后再测量。 (4) 控制好出泡速度，读取压力计的压力差时，应取气泡单个逸出时的最大 压力差。

表面张力法测定固体在溶液中等温吸附一、实验目的（1）测定不同浓度下正丁醇的表面张力σ，计算活性炭吸附量Γ。

（2）了解测定固体在溶液中的等温吸附的原理、方法。

二、实验原理1．表面自由能从热力学观点看，液体表面缩小是一自发过程，这是体系总的自由能减小的过程，欲使产生新的表面△A，就需要对其做功，其大小应与△A成正比：-W=σ.△A (1)若△A=1m2，则σ为在等温下形成的1m2新的表面所需的可逆功，故称σ为单位表面的表面能，其单位为J/m2。

也可将σ看做为作用在界面上每个单位长度边缘上的力，称为表面张力，其单位为N/m1。

2．溶液表面吸附表面张力σ（或比表面Gibbs函数）是表面化学热力学的重要性质之一。

纯溶剂中溶入溶质形成溶液后，溶液的表面张力不同于纯溶剂。

在一定的温度和压力下，溶液表面吸附溶质的量与溶液的表面张力和加入的溶质量（即溶液的浓度）有关，它们之间的关系可用吉布斯(Gibbs)公式表示：Γ＝－()T (2)式中：Γ为吸附量(mol/m2 )；σ为表面张力( N/m )；T为绝对温度( K )；c为溶液浓度( mol/L )；R为气体常数( 8.314J．K—I·mol－1 )。

其中，()T表示在一定温度下表面张力随溶液浓度而改变的变化率。

如果表面张力σ随浓度的增加而增加，即()T >0，则Γ<0，此时溶液表面层的浓度小于溶液本身的浓度，称为负吸附作用。

如图1中A曲线。

如果表面张力σ随浓度的增加而减小，即()T <0，则Γ>0，此时溶液表面层的浓度大于溶液内部的浓度，称为正吸附作用。

如图1中B、C曲线。

只要测定溶液的浓度和表面张力，就可求得各种不同浓度下溶液的吸附量Γ。

3．固体在溶液表面吸附正丁醇被吸附的物质的量x计算式：x =(c-c e).v (3)c —溶液初始浓度,单位:mol/m3; c e —溶液吸附平衡浓度,单位:mol/m3;v —所加溶液体积,单位:dm3;表面张力σ计算式：σ=k.△P max (4)△P max=(P1+P2+P3+P4)/4 (5)被活性炭吸附的正丁醇的物质的量x（mol），从而计算出活性炭的吸附量Γ：Γ=x/m (6)根据Freundlich经验方程lgΓ=lg k+1/nlgc e (7)其中Γ=x/m Γ—吸附量，单位：mol/kg；x —被吸附物质物质的量，单位：mol； m —固体吸附剂的质量，单位：kg；c—溶液吸附平衡浓度，单位：mol/m3； n,k—常数。

学号：************基础物理化学实验报告实验名称：溶液表面张力的测定应用化学二班班级 03 组号实验人姓名： xx同组人姓名：xxxx指导老师：杨余芳老师实验日期： 2013-11-12湘南学院化学与生命科学系一、实验目的1、测定不同浓度正丁醇（乙醇）水溶液的表面张力；2、了解表面张力的性质，表面自由能的意义及表面张力和吸附的关系；3、由表面张力—浓度曲线（σ—c 曲线）求界面上吸附量和正丁醇分子的横截面积S ；4、掌握最大气泡法测定表面张力的原理和技术。

二、实验原理测定液体表面张力的方法很多，如毛细管升高法、滴重法、环法、滴外形法等等。

本实验采用最大泡压法，实验装置如图一所示。

图一中A 为充满水的抽气瓶；B 为直径为0.2～0.3mm 的毛细管；C 为样品管；D 为U 型压力计，内装水以测压差；E 为放空管；F 为恒温槽。

图一 最大泡压法测液体表面张力仪器装置图将毛细管竖直放置，使滴口瓶面与液面相切，液体即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活栓，让水缓缓滴下，使样品管中液面上的压力渐小于毛细管内液体上的压力（即室压），毛细管内外液面形成一压差，此时毛细管内气体将液体压出，在管口形成气泡并逐渐胀大，当压力差在毛细管口所产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡破裂，压差的最大值可由U 型压力计上读出。

若毛细管的半径为r ，气泡从毛细管出来时受到向下的压力为：式中，△h 为U 型压力计所示最大液柱高度差，g 为重力加速度，ρ为压力计所贮液体的密度。

气泡在毛细管口所受到的由表面张力引起的作用力为2πr•γ，气泡刚脱离管口时，上述二力相等：g h p p p ρ∆=-=系统大气m ax r g h r p rr πρππ22m ax 2=∆=γπρππr g h r p r 22m ax 2=∆=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：即：对同一支毛细管来说，K 值为一常数，其值可借一表面张力已知的液体标定。

在本实验中，我们利用最大气泡法测定不同浓度（c）的正丁醇水溶液的 表面张力（σ ） ，再由 σ − c 曲线求溶液界面上的吸附量和单个正丁醇分子的 横截面积（S0 ） 。 关键词： 吸附作用 表面张力 最大气泡法
This experiment is designed to measure the relationship between the concentration of 1-butanol solution and its surface tension. The molecular section area of 1-butanol can be calculated at the same time with the help of Langmuir isothermal equation. Key Words: Absorption effect method Surface tension Maximun bubble
5 2.00 0.219 357.6 0.0452 -0.0571 5.04 4.34
6 2.40 0.262 336.5 0.0428 -0.0474 5.02 5.23
7 2.80 0.306 325.1 0.0420 -0.0255 3.15 9.71
6
溶液中的吸附作用和表面张力的测定
罗镇威 中国科学技术大学化学物理系 合肥
T M A E S
ZhenWei Luo the Department of Chemical Physics of USTC Hefei
3
图 2: Γ − c 的拟合曲线
3.2 结果分析
• 由 σ − c 图可知，正丁醇溶液的表面张力 σ 随着其浓度的增加而逐渐降低，为正吸 附，故正丁醇是一种表面活性物质，当正丁醇浓度增加到一定值时，溶液的表面 张力 σ 随浓度的变化较小，此时有可能已经形成了单分子层的饱和吸附层。 • 由 Γ − c 图可知，当浓度较小时，随着浓度的升高，吸附量逐渐增加。 • 正丁醇分子的横截面积为 S0 = 30.22 ，在文献报道的 24 − 322 范围内。

将毛细管竖直放置，使滴口瓶面与液面相切，液体即沿毛细管上升，打开抽气瓶的活栓，让水 缓缓滴下，使样品管中液面上的压力渐小于毛细管内液体上的压力（即室压），毛细管内外液面形 成一压差，此时毛细管内气体将液体压出，在管口形成气泡并逐渐胀大，当压力差在毛细管口所产 生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡破裂，压差的最大值可由U型压力计上读出。
若毛细管的半径为r，气泡从毛细管出来时受到向下的压力为：
pmax = p大气－p系统＝∆hρg
式中，△h为U型压力计所示最大液柱高度差，g为重力加速度，ρ为压力计所贮液体的密度。气泡在 毛细管口所受到的由表面张力引起的作用力为2πr•γ，气泡刚脱离管口时，上述二力相等：
πr 2 pmax = πr 2∆hρg = 2πrγ
即
γ1
=
γ2 ∆h2
∆h1
=
K∆h1
对同一支毛细管来说，K值为一常数，其值可借一表面张力已知的液体标定。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)。
三．仪器和试剂
表面张力测定装置（包括恒温槽）1套；容量瓶100ml1个，50ml5个；1ml刻度移液管1支；吸耳 球1个；正丁醇（二级）；去离子水。
当表面层中物质的量大于本体溶液中的量叫做发生了正吸附反之为发生负吸附gibbs用热力学方法导出了一定温度下吸附量与表面张力的定量关系式gibbs吸附等温式
溶液的吸附作用和液体表面张力的测定
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溶液的吸附作用和液体表面张力的测定 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。

学院：理学院班级：应用化学0901班学号：090370102 姓名：刘强实验四溶液的吸附作用和液体表面张力的测定一、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。

二、基本原理T一定，溶液表面吸附量Γγ测定，毛细管半径r，其抛压出时受到向下压力∏r2P,最大时离开管口：P max=P外-P系。

测Pmax气泡在管口受到的表面张力：2∏r*γγ=rPmax用同C溶液γ1/γ2=Pmax1/Pmax2所以：γ1=（γ2/Pmax2）Pmax1=KPmax1求常数K。

对于单分子吸附，其吸附量Γ与浓度c之间的关系可用等温吸附方程表示，即：式中Гm为饱和吸附量，a为吸附平衡常数。

将此式两边取倒数可整理成线性方程：在饱和吸附时，每个被吸附分子在表面上所占的面积，即分子的截面积S为：三、仪器与试剂表面张力仪1套；恒温槽1台；1ml移液管1个；烧杯(250ml) 1个；100ml容量瓶1个；50ml容量瓶5个；正丁醇(二级.)；去离子水.四、实验步骤3．仪器系数的测定。

先用少量丙酮清洗毛细管3，再用蒸馏水仔细清洗样品管2和毛细管3，然后加入适量蒸馏水。

在减压管1中装满水，压力计5中注入适量的水，在活塞8打开的情况下，调节活塞6使毛细管端面与液面相切。

关闭活塞8，打开活塞7使体系减压，当毛细管口逸出气泡时，调节活塞7使液滴缓慢滴下，读出数字式微压差测量仪最大数值。

再更换样品重复测定两次，取平均值。

已知25o C水的表面张力＝0.07197 N.m-1，计算仪器系数K。

4．乙醇溶液表面张力的测定。

取3％的乙醇溶液（一号样品）洗净样品管和毛细管，然后加入适量溶液，待恒温后，按上述操作步骤测定Δh 。

五、思考题
用最大气泡压力法测定溶液的表面张力时， 为什么要读取最大压差？
那些因素影响表面张力的测定？应当如何(7-68)
1 c 1 k
c 作 ～c图，由直线斜率求
求正丁醇分子截面积
1 ＝ L
(7-69)
三、实验步骤
（1） 测定毛细管常数K. 将蒸馏水装于带支管的毛细管，使毛细管 的端面与液面相切，打开滴液漏斗的活塞， 使水缓慢滴下而降低系统的压力，气泡均匀 逸出，读取U形压力计两臂最大高度差。 （2）测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力
吉首大学
化学实验教学中心
Experimental Chemistry Center of Jishou University
最大泡压法测定溶液的表 面张力
主讲教师：刘文萍
单位：吉首大学化学化工学院
一、实验目的
测定不同浓度正丁醇溶液的表面张力，考察吸 附量与浓度的关系。
了解表面张力、表面自由能的意义以及与溶液 界面吸附的关系。 掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理和技 术，由Gibbs公式用图解法求算不同浓度溶液的 界面吸附量。
a ( )T RT a
θ
－2] [mol·m 溶质的表面吸附量
溶液活度
c/c ( ) θ T RT c / c
(7-64)
>0，正吸附,溶液表面张力降低：表面活性物质 <0，负吸附, 溶液表面张力升高: 非表面活性物质
浓度达一定值，溶液界面形成饱和单分子层吸附
二、实验原理
（1）溶液的界面吸附 纯液体和其蒸气组成的体系 体相分子：自由移动不消耗功 表面分子： 液体有自动收缩表面 而呈球形的趋势。
2 G (J m ) γ A T , P ,nB

溶液中的吸附作用和表面张力的测定一、实验目的1、 掌握最大气泡法和滴重法测定表面活性物质正丁醇的表面张力, 并且利用Gibbs 吸附公式和Langmuir 吸附等温式测定正丁醇分子的横截面积。

训练学生利用毛细管和数字式微压测量仪以及滴重管测定表面张力的方法, 并通过曲线及直线拟合处理得到不同数据。

培养学生在实验中严谨的实验作风和态度, 并对学生的科研兴趣进行初步的指导。

二、实验原理物体表面分子和内部分子所处的境遇不同, 表面层分子受到向内的拉力, 所以液体表面都有自动缩小的趋势。

如果把一个分子由内部迁移到表面, 就需要对抗拉力而做功。

在温度、压力和组成恒定时, 可逆地表面增加 所需对体系做的功, 叫表面功, 可以表示为:W dA δσ'-=式中σ为比例常数。

σ在数值上等于当T 、p 和组成恒定的条件下增加单位表面积所必须对体系做的可逆非膨胀功, 也可以说是每增加单位表面积时体系自由能的增加值。

环境对体系作的表面功转变为表面层分子比内部分子多余的自由能。

因此, σ称为表面自由能, 其单位是焦耳每平方米（J/m2）。

若把σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力, 通常称为表面张力。

从另外一方面考虑表面现象, 特别是观察气液界面的一些现象, 可以觉察到表面上处处存在着一种张力, 它力图缩小表面积, 此力称为表面张力, 其单位是牛顿每米（N/m ）。

表面张力是液体的重要特性之一, 与所处的温度、压力、浓度以及共存的另一相的组成有关。

纯液体的表面张力通常是指该液体与饱和了其本身蒸气的空气共存的情况而言。

2、 纯液体表面层的组成与内部层相同, 因此, 液体降低体系表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。

对于溶液则由于溶质会影响表面张力, 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, 表面层中溶质的浓度应比溶液内部来得大。

反之溶质使溶剂的表面张力升高时, 它在表面层中的浓度比在内部的浓度来得低, 这种表面浓度与溶液内部浓度不同的现象叫“吸附”。