關于溶液表面吸附量的測定1.掌握最大氣泡法測定表面張力的原理和技術。2.通過對不同濃度乙醇溶液表面張力的測定，加深對表面張力、表面自由能和表面吸附量關系的理解。3.了解彎曲液面的附加壓力與液面彎曲度、溶液表面張力之間的關系。

實驗目的第2頁,共23頁，2024年2月25日，星期天基本原理

圖1分子間作用力示意圖

在液體的內部任何分子周圍的吸引力是平衡的?？墒窃谝后w表面層的分子卻不相同。因為表面層的分子，一方面受到液體內層的鄰近分子的吸引，另一方面受到液面外部氣體分子的吸引，而且前者的作用要比后者大。因此在液體表面層中，每個分子都受到垂直于液面并指向液體內部的不平衡力（如圖1所示）。第3頁,共23頁，2024年2月25日，星期天這種吸引力使表面上的分子向內擠促成液體的最小面積。要使液體的表面積增大就必須要反抗分子的內向力而作功增加分子的位能。所以說分子在表面層比在液體內部有較大的位能，這位能就是表面自由能。通常把增大一平方米表面所需的最大功A或增大一平方米所引起的表面自由能的變化值ΔG稱為單位表面的表面能其單位為J．m-3。而把液體限制其表面及力圖使它收縮的單位直線長度上所作用的力，稱為表面張力，其單位是N.m-1。第4頁,共23頁，2024年2月25日，星期天液體單位表面的表面能和它的表面張力在數值上是相等的。欲使液體表面積增加△S時，所消耗的可逆功A為：

液體的表面張力與溫度有關，溫度愈高，表面張力愈小。到達臨界溫度時，液體與氣體不分，表面張力趨近于零。液體的表面張力也與液體的純度有關。在純凈的液體（溶劑）中如果摻進雜質（溶質），表面張力就要發(fā)生變化，其變化的大小決定于溶質的本性和加入量的多少。第5頁,共23頁，2024年2月25日，星期天

當加入溶質后，溶劑的表面張力要發(fā)生變化，根據能量最低原理，若溶液質能降低溶劑的表面張力，則表面層溶質的濃度應比溶液內部的濃度大；如果所加溶質能使溶劑的表面張力增加，那么，表面層溶液質的濃度應比內部低。這種現象為溶液的表面吸附。用吉布斯公式(Gibbs)表示：

式中：為表面吸附量(mol.m-2)，σ為表面張力（J.m-2）。

表示在一定溫度下表面張力隨濃度的改變率。即：<0，Г>0，溶質能增加溶劑的表面張力，溶液表面層的濃度大于內部的濃度，稱為正吸附作用。

（1）第6頁,共23頁，2024年2月25日，星期天（2）>0，Г<0，溶質能增加溶劑的表面張力，溶液表面層的濃度小于內部的濃度，稱為負吸附作用。通過測定溶液的濃度隨表面張力的變化關系可以求得不同濃度下溶液的表面吸附量。

如圖2是最大氣泡法測定表面張力的裝置。待測液體置于支管試管中，使毛細管端面與液面相切，液面隨時毛細管上升。打開滴液漏斗緩慢抽氣。圖2

最大氣泡法表面張力測定裝置1-滴液漏斗，2-支管試管，3-毛細管，4-恒溫槽，5-壓差計第7頁,共23頁，2024年2月25日，星期天

P大氣

=P系統(tǒng)

+△P圖3

氣泡形成過程

附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑R成反比。

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若毛細管管徑較小，則形成的氣泡可視為球形。氣泡剛形成時，由于表面幾乎是平的，所以曲率半徑R極大；當氣泡形成半球形時，曲率半徑R等于毛細管半徑r，此時R值最小。隨著氣泡的進一步增大，R又趨增大，直至逸出液面。R=r時，附加壓力最大：

第9頁,共23頁，2024年2月25日，星期天儀器及試劑儀器：恒溫槽；表面張力管；毛細管；具嘴下口瓶；數字式微壓差計；燒杯；阿貝折光儀；表面張力測定儀。試劑：95%乙醇（AR）第10頁,共23頁，2024年2月25日，星期天操作步驟1.用95%的乙醇配制質量分數分別為5、8、12、16、18、20、25、30、35、40、50左右的乙醇水溶液，置于試劑瓶中備用。2.將一根端面磨平的毛細管及表面張力管洗凈，再用溫熱的洗液浸泡30min左右，重新洗凈，并浸入蒸餾水中備用。第11頁,共23頁，2024年2月25日，星期天3．按圖所示連接儀器，甩干毛細管中的液體，并將其垂直插入表面張力管中。將表面張力管固定于恒溫槽中。用滴管從表面張力管另一側的小支管中滴加入蒸餾水。當水面接近毛細管端面時，應逐滴沿管壁緩慢加入，并避免振動，同時密切注視毛細管。當水面剛與毛細管端面接觸時，毛細管中會突然升起一段液柱，立即停止加液。然后將表面張力管與下口瓶密封連接。恒溫10min以上。第12頁,共23頁，2024年2月25日，星期天圖表面張力測定儀1恒溫浴槽；2張力管；3毛細管；4下口瓶；5燒杯；6數字式微壓差計

第13頁,共23頁，2024年2月25日，星期天4.調節(jié)微壓差計，使之讀數為零。微微打開下口瓶下方的旋塞，使下口瓶中的水慢慢流出，系統(tǒng)逐漸減壓，觀察毛細管，可以看到管中液柱逐漸下降，并產生氣泡，直到氣泡突然沖出管口而破裂。以后以會重復上述現象。調整下口瓶下方的旋塞，使毛細管尖端每隔一定時間（一般以10～20s為宜）沖出一個氣泡，記下氣泡突然破裂前微壓差計顯示的最大值，即為

pmax(s)。第14頁,共23頁，2024年2月25日，星期天5.開啟表面張力管，用滴管吸干表面張力管中的水，同法加入適量5%乙醇溶液，從毛細管中鼓氣以充分攪勻溶液，并用該溶液洗滌毛細管內壁2～3次，用張力管中的待測溶液蕩洗幾遍滴管（不得將溶液吸走），再將表面張力管與下口瓶密封連接，恒溫10min以后按步驟4記錄

pmax(x)。讀數完畢后，開啟表面張力管，用蕩洗過的滴管吸取少量張力管中的溶液，在通以恒溫循環(huán)水的阿貝折光儀上準確測量溶液在恒定溫下的折光率。為提高測量準確度，需測量三次，取平均值作為測量結果。第15頁,共23頁，2024年2月25日，星期天6.測量完畢后，吸干張力管中的溶液并吹干毛細管中的溶液。7.按步驟5和6，同法測量8、12、16、18、20、25、30、35、40和50%各組分乙醇溶液

pmax(x)和折光率。8.實驗結束后，將表面張力管、毛細管洗凈后，浸入蒸餾水中備用。9.用吊環(huán)法測量純水的表面張力，并與最大氣泡法的測量結果相比較。第16頁,共23頁，2024年2月25日，星期天結果與討論

測定正丁醇水溶液不同濃度下形成氣泡時的最大壓差，測定溶液的表面張力，并根據吉布斯吸附等溫式：進一步討論吸附量與濃度的關系，由最大吸附量推算溶質分子截面積數據是本實驗數據處理的關鍵第17頁,共23頁，2024年2月25日，星期天表面張力與濃度實驗點第18頁,共23頁，2024年2月25日，星期天作圖獲得的方法示意1、將實驗點連成平滑的曲線；2、過曲線上點作曲線的切線；3、由切線的斜率得到偏導數的值。第19頁,共23頁，2024年2月25日，星期天繪制Г~c圖求指定濃度處的第20頁,共23頁，2024年2月25日，星期天注意事項

1.張力管及毛細管的洗滌要徹底。如果毛細管洗滌不干凈，不僅影響表面張力值，而且會使氣泡不能有規(guī)律地單個連續(xù)逸出。要么就是一個氣泡也沒有，要么就是兩個甚至更多個同時逸出，嚴重影響測量的進行。

2.毛細管插入溶液中的深度直接影響測量結果的準確性，這是因為溶液的靜壓力會增加對氣泡壁的壓強，為了減少靜壓力的影響，應盡可能減少毛細管的插入和深度，使插入深度。第21頁,共23頁，2024年2月25日，星期天思考題1.簡述本