最大起泡法测分子横截面积

实验十四    溶液中的吸附作用和表面张力的测定 ——最大气泡压力法 Determination of Surface Tension Using Maxinum Bubble Pressure Method 1.实验目的与要求： 1）通过测定不同浓度(c)正丁醇水溶液的表面张力(σ)，由σ-c曲线求溶液界面上的吸附量和单个正丁醇分子的横截面积(S0)。 2）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。 3）掌握一种测定表面张力的方法——最大气泡法。 2 .预习要求： 1）掌握最大气泡压力法测定表面张力的原理。 2）了解影响表面张力测定的因素。 3）了解如何由表面张力的数据求正丁醇的横截面积。 3.实验原理： 1）物体表面的分子和内部分子所处的境况不同，因而能量也不同，如图12-1所示，表面层的分子受到向内的拉力，所以液体表面都有自动缩小的趋势。如要把一个分子由内部迁移到表面，就需要对抗拉力而作功，故表面分子的能量比内部分子大。增加体系的表面，即增加了体系的总能量。体系产生新的表面(△A)所需耗费功(W)  的量，其大小应与△A成正比。  - W=σ△A            （12.1） 如果△A =l㎡，则- W=σ，即在等温下形成1㎡新的表面所需的可逆功。故σ称为单位表面的表面能，其单位为N·m-1。这样就把σ看作为作用在界面上每单位长度边缘上的力，通常称为表面张力。它表示表面自动缩小的趋势的大小。表面张力是液体的重要特性之一，与所处的温度、压力、液体的组成共存的另一相的组成等有关。纯液体的表面张力通常指该液体与饱和了其自身蒸气的空气共存的情况而言。 图12-1  分子间作用力示意图 2）在纯液体情形下，表面层的组成与内部的组成相同，因此液体降低体系表面自由能的唯一途径是尽可能缩小其表面积。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”。显然，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。Gibbs用热力学的方法推导出它们间的关系式 （ 12.2） 式中，Г—气-液界面上的吸附量(mol·㎡)： σ—溶液的表面张力(N·m-1)； T—绝对温度(K)；c—溶液浓度(mol·m-3)： R—气体常数(8.314    J·mol-1·K-1)。 当 时，Г>O，称为正吸附。反之， 时，Г