溶液表面吸附的測(cè)定

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1、溶液表面吸附的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、采用最大泡壓法測(cè)定不同濃度的乙醇水溶液的表面張力2、根據(jù)吉布斯吸附公式計(jì)算溶液表面的吸附量和乙醇分子的橫截面積二、實(shí)驗(yàn)原理1、表面自由能從熱力學(xué)觀點(diǎn)看，液體表面縮小是一個(gè)自發(fā)過(guò)程，這是使體系總的自由能減小的過(guò)程。如欲使液體產(chǎn)生新的表面△A，則需要對(duì)其作功。功的大小應(yīng)與△A成正比：式中為液體的表面自由能，亦稱表面張力。它表示了液體表面自動(dòng)縮小趨勢(shì)的大小，其量值與液體的成分、溶質(zhì)的濃度、溫度及表面氣氛等因素有關(guān)。2、溶液的表面吸附純物質(zhì)表面層的組成與內(nèi)部的組成相同，因此純液體降低表面自由能的唯一途徑是盡可能縮小其表面積。對(duì)于溶液，由于溶質(zhì)能使溶劑表面張力發(fā)生變化

2、，因此可以調(diào)節(jié)溶質(zhì)在表面層的濃度來(lái)降低表面自由能。根據(jù)能量最低原則，溶質(zhì)能降低溶劑的表面張力時(shí)，表面層溶質(zhì)的濃度比溶液內(nèi)部大；反之，溶質(zhì)使溶劑的表面張力升高時(shí)，表面層中的濃度比內(nèi)部的濃度低。這種表面濃度與溶液內(nèi)部濃度不同的現(xiàn)象叫做溶液的表面吸附。顯然，在指定的溫度和壓力下，溶質(zhì)的吸附量與溶液的表面張力及溶液的濃度有關(guān)，從熱力學(xué)方法可知它們之間的關(guān)系遵守吉布斯(Gibbs)吸附方程：式中：為表面吸附量(單位：mol?m-2)；T為熱力學(xué)溫度(單位：K)；c為稀溶液濃度(單位：mol?dm-3)；R為氣體常數(shù)。<0，則>0，稱為正吸附；>0，則<0，稱為負(fù)吸附。以表面張力對(duì)濃度作圖，即得到曲線，

3、在曲線上任選一點(diǎn)作切線，如圖12.1所示，即可得該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)濃度ci的斜率：，圖12.1表面張力與濃度的關(guān)系其中：則：，根據(jù)此式可求得不同濃度下各個(gè)溶液的值。根據(jù)朗格繆爾（Langmuir）吸附等溫式，吸附量與濃度c之間的關(guān)系可用下式表示：式中：為飽和吸附量，K為吸附常數(shù)，c為稀溶液的濃度。將上式取倒數(shù)得：以c/F對(duì)c作圖可得一直線，直線斜率的倒數(shù)即為。當(dāng)達(dá)到飽和吸附時(shí)，溶液表面上的分子占據(jù)了所有表面。若以N代表1m2表面上溶質(zhì)的分子數(shù)，則有式中；L為阿佛加德羅常數(shù)，因此每個(gè)溶質(zhì)分子在表面上所占據(jù)的橫截面積q可按下式計(jì)算：表面張力的測(cè)定可按裝置圖12.2進(jìn)行，將被測(cè)液體裝于測(cè)定管中，使毛細(xì)管的

4、下端面與液體相切，液體沿著毛細(xì)管上升。打開(kāi)抽氣瓶的活塞緩緩地放水抽氣，測(cè)定管中的壓力P逐漸減少，毛細(xì)管中壓力P0就會(huì)將管中液面壓至管口，并形成氣泡，當(dāng)氣泡的曲率半徑等于毛細(xì)管半徑r（即氣泡的曲率半徑為最小值），此時(shí)所承受的壓力差最大，根據(jù)拉普拉斯（Laplace）公式：此時(shí)最大的壓力差值可由U型壓力計(jì)中最大液柱差△h來(lái)表示：式中為U型壓力計(jì)中液體介質(zhì)的密度。由上述兩式可得：K’為儀器常數(shù)，可用已知表面張力的液體標(biāo)定。因此，只要將不同液體裝于測(cè)定管中，測(cè)定U型壓力計(jì)中最大液柱差△h，就可計(jì)算該液體的表面張力。三、儀器與藥品1、裝置及材料表面張力測(cè)定裝置見(jiàn)圖12.2。圖12.2表面張力測(cè)定裝置圖

5、表面張力測(cè)定裝置1套；恒溫水浴1套；洗耳球1個(gè)；阿貝折光儀1臺(tái)；燒杯（50、100、200ml）各1只；25ml具塞錐形瓶5只；10ml比重瓶5只；乙醇（分析純），超級(jí)恒溫槽（公用）。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、配制溶液：用稱重法粗略配制5％，10％，15％，20％，25％，30％，35％，40％的乙醇水溶液待用。2、測(cè)定儀器常數(shù)：將儀器認(rèn)真洗滌干凈，在測(cè)定管中注入蒸餾水，使管內(nèi)液面剛好與毛細(xì)管口相接觸，置于恒溫水浴內(nèi)恒溫10min。注意使毛細(xì)管保持垂直并注意液面位置，然后按圖12.2接好系統(tǒng)。慢慢打開(kāi)抽氣瓶活塞進(jìn)行抽氣。注意氣泡形成的速度應(yīng)保持穩(wěn)定，通常以每分鐘約8—12個(gè)。記錄U型壓力計(jì)兩邊最高和最

6、低讀數(shù)各3次，求出平均值。3、測(cè)定乙醇溶液的表面張力：以不同濃度的乙醇溶液進(jìn)行測(cè)量，從稀到濃依次進(jìn)行。每次測(cè)量前必須用少量被測(cè)液洗滌測(cè)定管，尤其是毛細(xì)管部分，確保毛細(xì)管內(nèi)外溶液的濃度一致。4、乙醇溶液濃度的折光率測(cè)定：采用阿貝折光儀測(cè)定上述乙醇溶液的折光率，由測(cè)定的乙醇濃度–折光率標(biāo)準(zhǔn)曲線確定各乙醇溶液的濃度。5、乙醇濃度–折光率工作曲線的測(cè)定：（1）將預(yù)先干燥的25ml具塞錐形瓶在電子天平上準(zhǔn)確稱重，質(zhì)量W1；（2）在瓶中滴入一定量的無(wú)水乙醇，加塞后準(zhǔn)確稱重，質(zhì)量W2；（3）用水稀釋乙醇至約25ml，加塞搖勻，再次準(zhǔn)確稱重，質(zhì)量W3；（4）將預(yù)先干燥的10ml比重瓶在電子天平上準(zhǔn)確稱重，質(zhì)

7、量W4；（5）將乙醇溶液注滿比重瓶，置于實(shí)驗(yàn)溫度的恒溫槽中恒溫10分鐘，用濾紙仔細(xì)吸去從毛細(xì)管頂端溢出的溶液，取出比重瓶，仔細(xì)拭干瓶外壁的水滴，冷卻至室溫，在電子天平上準(zhǔn)確稱重，質(zhì)量W5。（6）乙醇摩爾濃度按下式計(jì)算：（7）將該溶液在恒溫的阿貝折光儀上測(cè)定折光率。（8）用上述方法，在所需濃度范圍內(nèi)配制10份準(zhǔn)確濃度的乙醇溶液，并測(cè)定其折光率，以乙醇摩爾濃度–折光率作圖，得到工作曲線。五、數(shù)據(jù)記錄與處理1、以純