1 物理化学实验课程教案
实验名称：溶液中的吸附作用及溶液表面张力的测定
实验类型 验证性 教学时数 3 每组人数 3
实验目的及要求：
1、掌握最大气泡法测定不同浓度乙醇溶液表面张力的原理与方法。
2、了解表面张力的性质，表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系。
3、利用吉布斯公式计算不同浓度下乙醇溶液的吸附量，进而求出乙醇分子的表面积与饱和吸附分子层厚度。
教学重点：
吉布斯吸附公式；朗缪尔等温吸附方程；吸附量；分子的截面积；分子层厚度。超级恒温槽的调节；仪器毛细管常数的测定；乙醇溶液表面张力的测定；水和乙醇溶液折射率的测定等。
教学难点：
超级恒温槽的使用；阿贝折射仪的使用及溶液折射率的测定；精密微压差压压力计的使用；表面张力测定装置的使用及溶液表面张力的测定等。
教学内容及过程
（一）检查实验预习报告
（二）上次实验存在的问题
（三）实验基本操作
1、梯度溶液的配制
2、表面张力仪的使用
3、表面张力的测定
4、阿贝折光仪的使用
5、折光率的测定
（四）实验内容及步骤
1.配制乙醇溶液：粗略配制体积百分比浓度为5%、10%、20%、30%、40%的乙醇水溶液各50ml。使用阿贝折光仪测定各溶液及蒸馏水的折光率。
2.测定毛细管半径：将玻璃器皿认真洗涤干净，在测定管中注入蒸馏水，使管内液面刚好与毛细管口相接触，安装表面张力测试系统。在进行数据记录之前要检查系统的气密性。慢慢打开滴液瓶活塞，控制滴液速度，数字压力计读数由小增大至一相当大的数值时，关闭滴液瓶活塞，若数字压力计读数在1-2分钟内基本稳定，表明系统的气密性良好才可以进行测量，否则应检查各玻璃磨口处或其它接口。进行测量时，同样慢慢打开滴液瓶活塞，控制滴液速度，观察到数字压力计读数由小增大，至最大值后即下降至最小，记录最大值，重复记录3次。取平均值。
3.测量乙醇溶液的表面张力：按步骤2，分别测得不同浓度的乙醇溶液，从稀到浓依次进行。每次测量前必须用少量被测液洗涤测定管，尤其毛细管部分，确保毛细管内外溶液浓度一致。 现象记录：
63 最大气泡压力法测量溶液中的吸附作用和表面张力
摘要：本实验采用最大气泡法测量液体的表面张力。通过测量不同浓度下正丙醇的表面张力，计算吸附量，求出正丙醇分子的横截面积。并探讨了表面张力的性质、表面吸附，加深对表面自由能的理解和表面活性剂的了解。
关键词：最大气泡法 表面张力 吸附 横截面积
0. 引言
在日常生活中, 我们对见到的一些现象可能已经习以为常，比如, 下过雨后, 我们可以见到树叶、草上的小水珠都接近於球形；不小心打碎了体温计后, 里面的水银掉到地上, 小水银滴也呈球形．其实这些现象都与表面张力有关．
液体与气体相接触时, 会形成一个表面层, 在这个表面层内存在着的相互吸引力就是表面张力, 它能使液面自动收缩．表面张力是由液体分子间很大的内聚力引起的．处於液体表面层中的分子比液体内部稀疏, 所以它们受到指向液体内部的力的作用, 使得液体表面层犹如张紧的橡皮膜, 有收缩趋势, 从而使液体尽可能地缩小它的表面面积．我们知道, 球形是一定体积下具有最小的表面积的几何形体．因此, 在表面张力的作用下,
液滴总是力图保持球形, 这就是我们常见的树叶上的水滴按近球形的原因．表面张力与我们生活息息相关。
1、实验部分
1．1实验原理：
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，如图11－1，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=A (12－1)
如果A＝1m2，则－W＝，即在等温下形成1m2新的表面所需的可逆功。故称为单位表面的表面能，其单位为N·m-1。这样就把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。
实验报告
课程名称：大学化学实验P 指导老师：_冷文华__ ____ 成绩：__________________
实验名称：溶液表面张力的测定及等温吸附 实验类型：________________同组学生姓名：__________
一、实验目的和要求
1、加深理解表面张力、表面吸附等基本概念以及表面张力和吸附的关系。
2、掌握最大气泡法测定溶液表面张力的原理和技术。
二、实验原理
如图1所示，最大气泡法测定表面张力：当表面张力仪中的毛细管尖端与待测液体相切时，液面即沿毛细管上升。打开滴液漏斗2的活塞，使水缓慢下滴而减小系统压力，这样毛细管内液面上受到一个比试管中液面上大的压力，当此压力差在毛细管尖端产生的作用力稍大于毛细管管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口逸出，这一最大压力差可由数字式微压差测量仪测出：P最大=P大气－P系统=P。毛细管内气体压力必须高于大试管内液面上压力的附加压力以克服气泡的表面张力，此附加压力P与表面张力成正比，与气泡的曲率半径R成反比，其关系式为：2PR
如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的，当气泡刚开始形成时，表面几乎是平的，这时曲率半径最大，随着气泡的形成曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径R与毛细管内半径r相等，曲率半径达到最小值，由上式可知此时附加压力达最大值，气泡进一步长大，R变大附加压力则专业：_化工____
姓名：_王小龙______
学号：3060902052
地点：紫金港化学实验中心楼 变小，直到气泡逸出。R = r 时的最大附加压力Pm2r，从此式得2mrP，当使用同一根毛细管及相同的压差计介质时，对两种具有表面张力为，的液体而言，正比于P，且同温度下有：1122PP，若液体2的为已知，则 11212PKPP.式中：K为仪器常数，可用已知表面张力的液体2来测得，因此，求得1。本实验就是通过测定已知表面张力的水的P2来求得不同浓度正丁醇溶液的表面张力。
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=-CRT(∂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ci的斜率 ∂σ∂ci T。其中MN =-ci ∂σ∂ci T，则Γ=MN RT，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。θ为溶质分子对溶液表面的覆盖百
