最大气泡压力法测定液体的表面张力数据处理方法

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1、溶液表面张力及吸附分子横截面积的测定实验目的1．学习用最大气泡压力法测定溶液的表面张力σ。2．了解用吉布斯方程在溶液表面吸附中的实验应用。3．了解溶液表面吸附分子的横截面积的测量方法。实验原理1．溶液表面的过剩物质的量Γ述这一规律的方程是Gibbs等温吸附方程（3-63）式（3-63）中，Γ被Gibbs称为表面过剩物质的量，单位为mol·m-2。对某些溶液系统（如电解质溶液系统）式中的浓度c有时要用活度a代换。由图3-30，对曲线A，（dσ/dc）T＞0，Γ＜0，这种情况称为负吸附。对曲线B和C，（dσ/dc）T＜0

2、，Γ＞0，这种情况称为正吸附。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。按照溶液表面张力随溶质浓度的变化规律可把溶质分为三种情况。溶液的表面张力随溶质浓度的增加而增大；溶液的表面张力随溶质浓度的增加而减小；溶液的表面张力最初随溶质浓度的增加而急剧减小，当达到某一临界浓度时，溶液的表面张力不再随溶质浓度的增加而变化，见图3-30。定量地描C浓度c表面张力σAB图3-30溶液的表面张力随溶质浓度的变化本实验研究正吸附的情况。只要获得了溶液表

3、面张力随溶质浓度的变化曲线，就可用微分法得到某一浓度下的（dσ/dc）T，，然后依据方程（3-63）得到表面过剩物质的量Γ。2。饱和表面过剩物质的量与吸附分子的横截面积对于正吸附的情况，溶质分子在溶液表面过剩物质的量Γ取决于溶质在溶液本体的浓度。在本体浓度较小时，Γ随c的增加而增大，当溶液表面已经盖满一层溶质分子时，Γ达到最大，用符号Γ∞表示。称为饱和表面过剩物质的量。若以1/Γ对π（称为表面压力）作图则得图3-31；π的定义如式（3-64）：π=σ0-σ（3-64）1/Γ1/Γ∞π由图3-31看出，当π较大时（即浓

4、度c较小时）1/Γ趋向于一个定值，此定值即1/Γ∞。由此可求得Γ∞。然后由式（3-65）计算吸附分子的横截面积Ac。（3-65）式（3-65）中L为Avogadro常量。图3-311/Γ~π关系曲线3．最大气泡压力法测定液体的表面张力测定液体表面张力的方法有最大气泡压力法、落球法、扭称法、滴重法及毛细管上升法等。本实验采用最大气泡压力法。仪器和药品最大气泡压力法表面张力测定仪（见实验34）；下口瓶；恒温水浴；无水乙醇（AR）实验步骤1．用去离子水和无水乙醇配制下列无水乙醇水溶液表3-8待测的无水乙醇水溶液的浓度实验温

5、度：25℃No。123456c乙醇/mol.L-102．将待测液体15~30mL装入洗净烘干的磨口瓶1中，盖好磨口瓶盖；将自来水注入下口瓶8中，关好两通阀10；如图连接好各部分（方法见实验34）；将磨口瓶1放入恒温槽中并用夹子夹牢，使整体垂直向下；将恒温槽温度控制在25℃，恒温10~15分钟后，打开下口瓶8的放水活塞10，调整放水速率，使测量瓶的毛细管端每隔6秒左右鼓出一个气泡（一次只能鼓一个气泡，不可连续鼓泡！）；测量毛细管鼓泡时的最大压差（方法同实验34），分别测出p细和p粗，然后有Δp=p细-p粗。3．用2的方

6、法依次测量表3-8中各液体样品的Δp。数据处理1、手工处理数据（1）从教材附录中查出纯水的表面张力；用实验34的方法计算各无水乙醇水溶液的表面张力。(2)将各样品的表面张力填入表3-9中。（3）用微分法求取σ~c曲线上每一个浓度下的斜率，即（dσ/dc）T。（4）用式（3-64）计算π。（5）用式（3-63）计算各表面过剩物质的量Γ，并计算1/Γ。（6）作（1/Γ）~π图，由图中求出Γ∞。（7）用式（3-65）计算吸附乙醇分子的横截面积Ac。（8）将上述计算的各个量填入表3-9。表3-9无水乙醇水溶液表面张力测定数据

7、表实验温度：25℃No.123456c乙醇/mol·L-1Δp/Paσ/N·m-1（dσ/dc）T/m·L3·mol-1·N-1Γ/mol·m-2（1/Γ）/m2·mol-1π/N·m-1Γ∞/mol·m-2Ac/m2·2、用微机处理数据（1）拟合曲线方程①打开微机的Excel界面，如图3-32。②将标准液体的表面张力σs和Δps及各浓度下的乙醇水溶液的Δpx的数值分别代入式（3-38）(见实验34)计算不同浓度的乙醇水溶液的表面张力。然后将浓度c及表面张力g的值分别输入到Excel的A、B两列中，如图3-33。图3

8、-32MicrosoftExcel界面图3-33计算表面张力的对话窗口③在得到了浓度c和表面张力σ之后，将A、B两列选取，然后点击窗口的作图键，便出现图3-34对话窗口-1。在图表类型菜单中，选择XY散点图，立即出现图3-35对话窗口-2。在子图表类型菜单中选择某种类型，然后按下一步→下一步→下一步，出现图3-36对话窗口-3。点击新工作表，然