姓名: 肖池池 序号: 31 周次: 第四周 指导老师: 张老师
溶液表面的吸附
——最大气泡压力法测溶液表面张力
一、实验目的：
1、掌握气泡最大压力法测定液体表面张力的原理与方法，并测定不同浓度正丁醇水溶液的表面张力；
2、了解溶液表面的吸附作用，应用Gibbs 吸附等温式和Langmuir 吸附等温式求出正丁醇的饱和吸附量，并计算正丁醇分子的截面积。
二、 实验原理：
在一定温度下,溶液的表面吸附量Γ与表面张力γ及溶液本体浓度c 之间的关系符合吉布斯吸附等温式：
dc d RT c γ⋅-
=Γ （1） 式中：Γ为表面吸附量（mol ·m -2）；T 为热力学温度（K ）；c 为稀溶液浓度（单位：mol ·L -1）；
γ为表面张力（单位：N ·m -1）
；R 为气体常数。
用吉布斯吸附等温式计算某溶质的吸附量时，可
通过实验测定不同浓度的溶液的表面张力γ
，并以γ
对c 作图，如图左所示。
在
c γ-曲线上任
取一点a ,通过a 点作曲线的切线和平行于横坐
标的直线，分别与纵坐标交于'
,b b 。
令'b
b Z =，则
d Z c
dc γ=-，代入式（1），得：
Z
RT Γ=
；从c γ-曲线上取不同的点，就可求得不同浓度时
溶质在表面层的吸附量Γ。
对可形成单分子层吸附的表面活性物质，溶液的表面吸附量Γ与溶液内部浓度c 之间的关系符合Langmuir 吸附等温式：
1kc
kc ∞Γ=Γ⋅
+ （2）
b’
b
γ
式中：
∞Γ为 饱和吸附量；k 为常数。
将式（6-1-2）两边取倒数，并同乘以c ，可得
11c c k ∞∞=+ΓΓΓ （3） 根据式（3），以c
Γ对c 作图应为一直线，直线的斜率的倒数即为∞Γ。
如果以N 代表饱和
吸附时单位面积表面层中的分子数，则N=Γ∞N A ，N A 为阿伏加德罗常数。
而在饱和吸附时，每个被吸附的溶质分子在表面上所占的面积，即溶质分子的截面积m a 为：
（4）
本实验选用气泡最大压力法测定溶液的表面张力。
由Laplace 方程可知，此压力差p ∆与溶液的表面张力γ
成正比，与气泡的曲率半径r 成反比：
r p γ
2=
∆ （5）
毛r r p γγ22min max =
=
∆ （6）
max max /2r p k p γ=∆=⋅∆毛 （7）
式中：k 为仪器常数，通常用已知表面张力的物质确定，本实验用蒸馏水确定k 。
若用同一根毛细管，对表面张力分别为1γ和2γ的液体而言，则有下列关系：
11max k p γ=⋅∆， 2m a x k p γ=⋅∆2，
1max
12
max p p γγ∆=∆，2， （8） 由此可见，只要测出最大压力差，即可由已知表面张力的标准物质求出待测物质的表面张力。
三、 仪器与药品：
表面张力测定装置1套；不同浓度的正丁醇（AR ）溶液。
四、 实验步骤：
(1)仪器准备与检漏
1.将表面张力测定管与毛细管洗净，连接装置。
插上电源插头，打开电源开关，LED 显示即亮，预热五分钟后按下置零按钮显示为0000，表示此时系统大气压差为零。
2.在洗净的表面张力测定管中装入适量的蒸馏水，打开放水阀使毛细管管端与液面恰好相
切，关闭放水阀。
3.在滴液漏斗中装入适量水，打开滴液漏斗的活塞，滴液漏斗的水流到磨口烧杯中，使系统
的压力增加，压力计上即显示一压力差。
关闭滴液漏斗的活塞，若2-3分钟内压力计的读数
不变，则表明系统不漏气，然后进行后续试验。
（2以水作为待测液测定仪器常数
打开滴液漏斗，控制滴液速度，使气泡由毛细管管口成单泡逸出，且每个气泡的形成时间约
为5～10秒，记录最大的压差△p max，连续读数三次，取其平均值。
（3）待测正丁醇溶液表面张力的测定
用同样方法测定不同浓度的正丁醇水溶液，注意由稀至浓依次测定，每次更换溶液时，应用
待测液洗涤毛细管内壁及表面张力管2～3次。
测定已知浓度的待测样品的最大压力差△
p max ，连续读数三次，取其平均值。
五、数据记录与处理：
（1）实验数据记录：
t/ ℃= 25
c / (mol / L) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 0.12 0.16 0.24
△p / Pa 1 717 673 642 613 579 558 538 516 464 △p / Pa 2 716 673 643 611 579 557 536 515 464 △p / Pa 3 717 673 641 610 579 557 536 517 463
△p / Pa(平均值) 716.7
71.97 673.0
67.585
642.0
64.472
611.3
61.392
579.0
58.145
557.3
55.969
536.7
53.894
516.0
51.818
463.7
46.563
γ×103/（N·m-1）
Z×1030.000 3.267 6.021 8.261 9.989 11.203 11.905 11.769 5.340 ×106（mol·m-2）0.000 1.323 2.438 3.347 4.049 4.544 4.832 4.787 2.212（2）实验数据处理：
表面张力与浓度关系图
γx 103
/(N /m )
c/(mol/L)
图一
Γ∞/c
与c 关系图
c /Γx 10
-6
c /(mol/L)
图二
由图二可以得到曲线的斜率k= 0.12602×106， Γ∞ = 1/（0.12602×106） = 7.935×10-6 而
=1/（7.935×10-6×6.022×1023）= 2.09×10-19m 2 = 0.209nm 2
六、注意事项：
（1）测定用毛细管一定要清洗干净，测定时毛细管要保持垂直，管端与液面相切；
（2）实验用毛细管的管端一定要光滑、平整、力求程圆形。
七、思考题：
1、做好本实验的关键是什么？
答：做好本实验主要是控制气泡的溢出数率，不能太快也不能太慢，每个气泡的形成时间约5~10s.，且每次测量的数率尽量一样。
2、毛细管不干净，对实验数据有何影响?
答：如果毛细管不干净可能会堵住毛细管，使测量的值偏大，而且毛细管上的残留物会影响测量溶液的浓度，对实验造成影响。
3、为什么毛细管端口必须和液面相切?
答：毛细管尖端若不与液面相切插入一定深度，会引起表面张力测定值偏小。
4、若气泡不成单泡逸出，或逸出速度太快，将会给实验带来什么影响？为什么?
答：气泡逸出速率会影响气泡的大小，近而影响压力差值的大小，因而要保证测定过程中气泡逸出速率恒定。
5、温度变化对表面张力有何影响?
需要恒温，因为表面张力的大小受温度的影响。