实验十二溶液中的吸附作用和表面张力的测定黄晓PB09206242中国科学技术大学14系，合肥230026*联系人：黄晓hxzjy@mail.ustc.edu.cn摘要：本实验采用最大气泡压力法测定了液体表面张力，通过对不同浓度下正丙醇溶液的表面张力研究其和浓度之间的关系。初步探讨了表面张力的性质、表面能的意义以及表面张力和吸附作用的关系。关键词：吸附作用、表面张力、最大气泡法Experiment12:ThemeasurementoftheadsorptioneffectandsurfacetensionHuangXiaoPB09206242(MSEUSTCHefeiAnhuiP.R.China，230026)Email：hxzjy@mail.ustc.edu.cnAbstract：Inthisexperiment,accordingtoGibbsformulaandLangmuirequal-temperatureequation,weapplythebiggestbladderpressuremethodtoresearchtherelationshipbetweentheamountofabsorptionandtheconsistencyofasubstanceinthesolutionbesidesthesurfacetension.Thephenomenonshowthattheconsistencyofasubstanceinthesurfaceofthesolutionisdifferentfromthatinsideiscalledabsorption.Keyword：Surfacetension,Thebiggestbubblepressuremethod,Absorptioneffect1.前言物体表面的分子和内部的分子所处的境况不同，因此能量也不同，表面张力就是内部分子对表面分子的作用力，它是液体的重要属性之一，与所处的温度、压力、液体的组成共存的另一面的组成等因素都有关。对于溶液，由于溶质会影响表面张力，因此可以调节溶质在表面层的浓度来降低表面自由能。根据能量最低原理，溶质能降低溶液的表面张力时，表面层中溶质的浓度应比溶液内部大，反之，溶质使溶液的表面张力升高时，它在表面层中的浓度比在内部的浓度低，这种表面浓度与溶液里面浓度不同的现象叫“吸附”。在指定温度和压力下，吸附与溶液的表面张力及溶液的浓度有关。溶液的表面张力是溶液的一个重要物理参数。要计算溶液的表面自由能、最大吸附量等都必须精确测定其溶液的表面张力。测定它的方法较多，如毛细管上升法、滴重法、吊环法和最大气泡法，但最简单、实用、普遍的方法是最大气泡法。本实验正是采用该法测定液体不同浓度条件下的表面张力，探究表面张力、表面能与吸附作用的关系，并验证了表面化学的相关基础理论。2.实验部分2.1实验原理Gibbs用热力学的方法推导出它们间的关系式c＝(1)RTcT-2——气一液界面上的吸附量（mol·m）；-1——溶液的表面张力（N·m）;-3T——绝对温度（K）；c－溶液浓度（mol·m）；-1-1R——气体常数（8.314J·mol·K）。当()0时，>0，称为正吸附。反之，()0时，<0，称为负吸附。前者表cTcT明加入溶质使液体表面张力下降，此类物质叫表面活性物质，后者表明加入溶质使液体表面张力升高，此类物质叫非表面活性物质。正丁醇是一种表面活性物质，其水溶液的表面张力和浓度关系见图1中的－c曲线，在－c曲线上作不同浓度c时的切线，把切线的斜率B(())代入Gibbs吸附公式，可以求出不同浓度时气cT－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(2)1KC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CC1(3)KC若以～C作图可得一直线，由直线斜率即可求出。假设在饱和吸附情况下，正丁醇分子在气－液界面上铺满一单分子层，则可应用下式求得正丁醇分子的横截面积S0。1S0~(4)N~式中，N－阿佛加德罗常数。最大气泡压力法测量表面张力的装置示意图如2。当表面张力仪中的毛细管截面与欲测液面相齐时，液面沿毛细管上升。打开滴液漏斗的活塞，使水缓慢下滴而使体系内的压力增加，这时毛细管内的液面上受到一个比恒温试管中液面上稍大的压力，因此毛细