实验四 溶液的吸附作用和液体表面张力的测定
溶液中的吸附作用和表面张力的测定-西安电子科技大学
溶液中的吸附作用和表面张力的测定
二、实验原理 1.液体表面张力的测定方法
将待测液体装入样品管中，使玻璃管下端毛细管端面与液面垂直相 切，液面即沿毛细管上升，打开滴液瓶的活塞缓缓放水抽气，样品管中的 压力便逐渐减小，此时毛细管中的压力p0（大气压）比样品管中液面上的压 力p大。当此压力差在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表 面张力时，毛细管中的液面便被压至管口并形成气泡。
3. 每次测定前须确保毛细管内外溶液浓度一致。每测量一种 浓度的乙醇水溶液表面张力，同时测量其折光率，以确定乙醇 水溶液的准确浓度。
4. 同法测定20%乙醇水溶液在35℃、40℃时的表面张力。
西安电子科技大学物理化学实验
溶液中的吸附作用和表面张力的测定
四、思考题
l. 若毛细管不干净、温度不恒定，对测量结果有何影响？ 2. 在测定管中，为什么毛细管端面要与液面垂直相切？ 3. 在毛细管口所形成的气泡什么时候其半径最小？ 4. 实验中为什么要测定水的△p0,max？ 5. 为什么要求从毛细管中逐出的气泡必须均匀而间断？如 何控制出泡速度？
最大气泡压力法测定溶液的表面张力示意图
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溶液中的吸附作用和表面张力的测定
设气泡在形成过程中始终保持球形，则气泡内外的压力差△p（即施加
于气泡的附加压力）与气泡的半径r、液体表面张力σ之间的关系可由拉
普拉斯（Laplace）公式表示，即
∆p = 2σ
r
∆pmax
=
∆p
=
2σ
Γ
=−
c RT
dσ
( dc
)T
σ－c 作图，可求Γ
表面张力与浓度关系图
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实验中的吸附作用表面张力的测定
实验二十一溶液中的吸附作用和表面张力的测定课程名称物理化学实验实验名称溶液中的吸附作用和表面张力的测定姓名学号专业班级实验日期一、实验目的1.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。
2.掌握一种测定表面张力的方法——最大气泡法。
二、实验原理1．Γ＝﹣c／RT×（dσ／d c）T（以σ~c作图→以求出Γ）2．Γ＝Γ∞×Kc／（1+Kc）c／Γ＝c／Γ∞＋1／KΓ∞（以c／Γ~c作图→以求出Γ∞）3.S。
＝1／Γ∞N A (以求出S。
)4.σ＝K×ΔP三、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流过，而使压差计不稳定，如发生此种现象，毛细管应重洗。
2.毛细管一定要保持垂直，管口刚好插到与液面接触。
3. 在数字式微压差测量仪上，应读出气泡单个逸出时的最大压力差。
四、 数据记录五、 数据处理1．在25℃时σH2O ＝71.97×10﹣3N ／m ΔP ＝366Pa ∴仪器常数K为∶K ＝H2OPσ∆＝371.9710N m 366Pa⨯﹣／＝1.97×10﹣42． 由σ＝K ·P ∆得∶3.溶液的表面张力σ与浓度c 的关系曲线4.可求出各点的切线斜率（dσ）T ﹐还可根据Γ＝﹣c（d σ）T 5．Γ与c 的关系图6．直线斜率为 9.8×104 L ／（m ·mol ）1∞Γ＝9.8×104 m 2／mol ∴Γ∞＝1.02×10﹣5mol ／m 2 7．S 0＝·1N∞Γ＝1.58×10﹣19m ²六、思考题1.用最大气泡法测定表面张力时为什么要读最大压力差？ 答∶若抽气速度太快，气泡的形成与逸出速度快而不稳定，亦使U型压力计中的酒精所处的位置相对不稳定，不易观察出其最高点而引起的较大的误差。
2.哪些因素影响表面张力测定结果？如何减小以致消除这些实验的影响？答∶温度、气泡逸出速度、毛细管是否干净及毛细管的尖端是否与液面相切会影响测定结果。
实验中的吸附作用表面张力的测定表面张力测定实验报告
实验中的吸附作用表面张力的测定表面张力测定实验报告实验二十一溶液中的吸附作用和表面张力的测定课程名称物理化学实验实验名称溶液中的吸附作用和表面张力的测定姓名学号专业班级实验日期2011.9.14 一、实验目的1. 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。
2. 掌握一种测定表面张力的方法——最大气泡法。
二、实验原理1．Γ＝﹣c／RT×（dσ／dc）T （以σ~c作图→以求出Γ）2．Γ＝Γ∞×Kc／（1+Kc）c／Γ＝c／Γ∞＋1／KΓ求出Γ∞）3. S。
＝1／Γ∞N A (以求出S。
)4. σ＝K×ΔP 三、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流过，而使压差计不稳定，如发生此种现象，毛细管应重洗。
2. 毛细管一定要保持垂直，管口刚好插到与液面接触。
∞（以c／Γ~c作图→以3. 在数字式微压差测量仪上，应读出气泡单个逸出时的最大压力差。
四、数据记录五、数据处理1．在25℃时σ3＝71.97×10N／m ΔP＝366Pa H2O﹣∴仪器常数K为∶K＝2．由σ＝K· P得∶H2OP＝71.97 10N／m366Pa﹣3＝1.97×10﹣43.溶液的表面张力σ与浓度c的关系曲线4.可求出各点的切线斜率（d）T﹐还可根据Γ＝﹣c（d）T5．c与c的关系图6．直线斜率为9.8×104 L／（m·mol）1＝9.8×104m2／mol﹣∴Γ∞＝1.02×105mol／m27．S0＝1 ·N＝1.58×10﹣19m ²六、思考题1.用最大气泡法测定表面张力时为什么要读最大压力差？答∶若抽气速度太快，气泡的形成与逸出速度快而不稳定，亦使U型压力计中的酒精所处的位置相对不稳定，不易观察出其最高点而引起的较大的误差。
2.哪些因素影响表面张力测定结果？如何减小以致消除这些实验的影响？答∶温度、气泡逸出速度、毛细管是否干净及毛细管的尖端是否与液面相切会影响测定结果。
液体的表面张力实验
液体的表面张力实验液体的表面张力是指液体表面上存在的一个力所导致的液体呈现出类似膜状的特性。
详细的说，就是液体表面上的分子间存在一种相互吸引力，而这种吸引力导致了表面上的液体分子比内部的分子更加紧密地排列。
实验可以通过观察液体的吸附现象和测量液体的膜厚来验证表面张力。
首先，为了观察液体的表面张力效应，我们可以进行一个简单的实验。
我们需要准备一个托盘，并在托盘中装满水。
接下来，我们将慢慢地向水中滴入一滴液体肥皂。
观察到，液体肥皂滴落到水中后，会形成一个小小的球状结构，而不会立即将液体肥皂完全溶解。
这个现象是由于液体肥皂分子在水中形成了一个类似膜状的结构导致的。
液体肥皂分子是由一个带有亲水基团（即与水相互作用较好的基团）和一个疏水基团（即与水相互作用较差的基团）组成的。
当液体肥皂进入水中时，由于水分子与亲水基团呈现相互作用，使得液体肥皂分子在水面上排列较为紧密，形成了一个薄薄的肥皂膜。
由于表面张力的作用，这个薄膜会在一定程度上保持完整，形成球状结构。
接下来，我们可以通过测量液体的膜厚来验证液体的表面张力。
我们需要准备一个容器，并将一定量的液体倒入容器中。
然后，我们将液体表面置于一个特定高度的支撑物上。
通过测量液体的膜高度，我们能够得到液体的膜厚度。
通过分析液体的膜厚度，我们可以推算出液体的表面张力。
根据Young-Laplace方程，液体膜的表面张力与膜厚之间存在着特定的关系。
实验中，我们可以通过改变液体的种类或浓度、改变液体的温度等方法，来研究液体的表面张力和这些条件之间的关系。
液体的表面张力实验不仅仅是理论探索，还具有一定的应用价值。
比如，在农药和医药研发中，通过测量液体的表面张力，可以判断其在草地或皮肤表面的渗透性以及其对用药效果的影响。
此外，在纺织和印刷行业，研究液体的表面张力可以帮助我们更好地了解液体和纤维材料的相互作用过程，从而提高生产效率和产品质量。
总的来说，液体的表面张力实验是一个非常有趣和富有挑战性的实验。
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PB09206xxxAbstract:This Experiment is designed to measure the surface tension of a series of butyl alcohol solutions with different concentration by maximum bubble pressure method. The molecular section area of butyl alcohol can be calculated with the help of Langmuir isothemal equation.关键词：溶液中的吸附作用最大气泡压力法表面张力的测定一、前言表面活性剂在催化、去污、乳化、润湿、起泡以及选矿等工业及日常生活中应用极其广泛，研究这些物质的表面效应具有十分重要的应用价值。
表面张力是重要的物理化学参数，是研究表面压、表面吸附量、分子横截面积等表面效应的基础。
关于表面张力的测定，常见的方法有毛细上升法，环法，吊片法，最大气泡压力法等方法，其中最大泡压法对仪器的要求比较低，精度相对对较高，是测量液体表面张力的一种常见方法。
1二、实验部分1.毛细管常数的测定.按照实验装置示意图，将清洗干净的仪器连接组装好，打开恒温水浴（万和HK-2A超级恒温槽）使仪器稳定在25oC的状态。
取一支毛细管，检查确认没有破损后用铬酸洗液和蒸馏水反复清洗。
毛细管洁净与否将是本实验能否成功的关键。
如果毛细管没有清洗干净将导致实验中无法形成均匀稳定的气泡，影响最终的实验结果。
向洗净的分液漏斗中注入适量的蒸馏水，打开数字式微压差测量仪（DMP-2B），对压强进行校零，将装有毛细管的橡胶塞安装到分液漏斗上，且保证体系有良好的气密性。
打开分液漏斗的活塞，使漏斗内的液面下降至恰好与毛细管口相切，此时压差计的示数为负值或为在零附近的正值，压差计实数过大的话说明体系的密封性存在问题。
中科大物理化学实验十二：溶液中的吸附作用和表面张力的测定
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)
溶液中的吸附作用和表面张力的测定——最大气泡压力法
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。
最大气泡压力法测定溶液中吸附作用和表面张力 实验报告
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
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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Γ
γ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*γ
γ=rPmax
用同C溶液γ
1/γ
2
=P
max1
/P
max2
所以：γ1=（γ
2/P
max2
）P
max1
=KP
max1
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、数据记录及处理
P 外=102.591Kp Pmax=P 外—P 示 由
＝0.07197 N.m -1，γ1=（γ2/P max2）P max1=KP max1
得K=1.26*10-3
六、思考题
（1）用最大气泡法测定表面张力时为什么要读取最大压力差？
答：根据本实验的原理可知，测量过程中读取的压力差即是毛细管逸出气泡的附加压力，即越小，越大。
当
等于毛细管半径时，取得最小值，
而压力差取最大值。
本实验正是利用进行测定液体表面张力。
（2）为什么玻璃毛细管一定要与液面刚好相切，如果毛细管插入一定深度，对测定结果有何影响？
答：毛细管的管口与液面刚好相切时，平衡时所满足的关系是：
若毛细管插入一定深度（设距液面深度为），则气泡逸出时还需克服此深度的静压力（为待测液的密度）。
因此平衡时满足的关系式变为：
若假设，则产生最大泡压时，满足：由此测量的比正常情况
下的最大压力差大。
（3）测量过程中如果气泡逸出速率较快，对实验有无影响？为什么？
答：测量过程中如果气泡逸出速率较快，对实验结果有影响。
因为最大气泡压力法测量表面张力实验
原理成立的先决条件是必须满足平衡条件的要求，这样才能有：
公式的成立，如果气泡逸出速率很慢，可以认为接近平衡；如果气泡逸出
速率快，平衡关系被破坏。
（4）在本实验装置中，液体压力计内的介质是水，选用水银是否可以？
答：液体压力计内的介质不能选用水银。
因为水银的密度远大于水的密度。
根据：
一式可知，选用水银作压力计的介质时，的数值将会很小，难于精确测量。
另外微小的读数误差会产生很大的实验误差。