溶液表面张力的测定及等温吸附用Origin处理表面张力数据方法.doc

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1、实验十三 溶液表面张力的测定及等温吸附一、实验目的 1. 学习使用最大气泡法测定不同浓度乙醇水溶液的表面张力。2. 利用吉布斯吸附等温式计算不同浓度的乙醇溶液的吸附量，并绘制-C图。3. 了解表面张力的性质，表面自由能的意义以及表面张力和吸附的关系。二、实验原理从热力学观点来看，液体表面缩小是一个自发过程，它使得体系总的自由能减小。如欲使液体产生新的表面S，就需要反抗表面分子的向内力、对其作功，其大小应与S成正比：Wr = S(1)式中 为S=1（也就是增加单位表面积）时，体系所需的可逆功，因此 称为单位表面的表面能，单位是J/m2，也可将 看作为作用在界面上每个单位长度边缘上的力，通常又称为

2、表面张力，其单位为N/m。对纯溶剂而言，表面层与内部的组成是相同的，但对溶液来说却不然。当加入溶质后，溶剂的表面张力会发生变化。根据能量最低原则，溶质能降低溶剂的表面张力时，表面层中溶质的浓度比溶液内部的大，反之，溶质使溶剂的表面张力升高时，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内部浓度不同的现象叫做溶液的表面吸附。显然，在指定的温度和压力下，溶液表面吸附溶质的量与溶液的表面张力和加入溶质的量（即溶液的浓度）有关，从热力学方法可知它们间的关系遵守吉布斯吸附方程：（2）式中：吸附量（mol/m2）； 为表面张力（N/m）；T为绝对温度；c为溶液浓度（mol/m3）；R为气体常数，

3、R=8.314Jmol1K1。当时，0，此时溶液表面层的浓度大于溶液本体的浓度，称为正吸附；当时，正好相反， r由此可见，我们能够准确测得的是Rr时的最大附加压力 max，因为其对应的 最可以从压力计上读出来。每个毛细管的半径r是一个定值，尽管不知道，但是可以通过测一个已知表面张力的纯溶剂间接得到-通常我们只需要知道该毛细管的仪器常数K就行了， K=水/h水(8)；i=Khi(9)；三、仪器和试剂仪器：超级恒温水浴一套；毛细管及装液支管一副；U形压力计或数显微压差一个；300ml烧杯2只（本实验室是按图133(a)装备的，为减压测定方法）。 试剂：八种乙醇水溶液-已事先配好，配法是：分别取无水

4、乙醇25 ml、50ml、100ml、150ml、200ml、250ml、300ml、350ml加纯净水稀释至1L.，其浓度由学生代公式计算。计算公式为：（乙醇的单位以g/cm3,V乙醇直接以25、50、100、等数字代入），也可使用阿贝折光仪测出折射率，再查表，间接得出浓度。 四、实验步骤1. 装备仪器并对毛细管预处理：将超级恒温水浴目标温度设定为15 0.05或25 0.05或30 0.05，具体设定为多少，看当时实验室的气温是多少-冷天定低些、热天定高些。为了使毛细管对液体有很好的润湿性，毛细管要洗得特别干净。常用温热的洗液浸泡510分钟，然后倾出洗液，分别用自来水、蒸馏水洗涤数次。2.

5、 仪器常数的测定：在测样试管中装入适量的蒸馏水（注意水要洁净，杂质对影响很大），调节装水量，使在装好毛细管后，毛细管的尖端刚好与液面接触（毛细管内会上升一小段水柱）。将测定试管与三通活塞接好，然后将整个试管置于恒温水浴中恒温5分钟。先旋转三通活塞（或水平抽出三通活塞一小截），使体系与大气相通，则U型管压力计两侧液柱高度相同。如果是使用数显微压差仪，选H2O柱键在体系与大气相通的时候，按下采零键，读数应显示。旋转三通活塞180度（或推紧三通活塞），使体系封闭，轻轻拧开减压瓶的出水活塞，由于水的流出，体系压力下降，最终导致毛细管口有气泡产生，仔细调节出水量，使气泡形成的频率稳定在每分钟8个左右，记

6、录U型压力计两端所达到的最大液面差。重复读取三次数据，取其平均值为 。如果是使用数显微压差仪，就读取最大的显示值（显示的是负值）的绝对值三次，取其平均值。3. 乙醇水溶液表面张力的测定：将测样试管用与待测溶液浓度相同的回收液洗两次（每次少量且要握紧上下起落式冲洗），然后按浓度由低到高的顺序依次测定，记录各h值（各读三次数据，然后取平均值），操作方法同上。 注意：每测完一种样品，要将试管中的测量溶液倒入相应浓度的回收瓶中，供下一轮实验做清洗试管用。全部样品做完后，将毛细管和测样套管用自来水和蒸馏水彻底洗净。由于测定的次数较多，请大家细心操作，切勿将毛细管、测样试管、减压瓶以及各联接的玻璃损坏。若

7、乳胶管不易套玻管时，可用少量蒸馏水润湿再套，切忌用力过猛而扭端仪器、伤了手指。五、数据处理1. 由蒸馏水的数据计算仪器常数K（已知不同温度下水的表面张力查下面的附表）2. 由（10）式计算各浓度乙醇水溶液的表面张力（i）。在坐标纸上绘制c图，并用镜像法在曲线上作出各浓度点的切线，或直接用Origin软件处理，按图1所示的方法，通过(3)式计算各自的吸附量。在坐标纸上绘出c图（即吸附等温线）。数据记录参考格式：（计算时注意单位换算）室内气压： kPa,合 mmH2O;无水乙醇(配制时)： 测定温度： 乙醇浓度h=h上-h下(mm)K(N/m2)(N/m) (mol/m2) ml/LmolL-11

8、23平均无02550100150200250300350【思考题】1. 准确地取x ml无水乙醇和(1000x)ml蒸馏水能得到准确的1000ml溶液吗？为什么？x越大时差别越大还是越小（1 x 500范围内）？2. 本实验为何要测定仪器常数？仪器常数与温度有关系吗？3. 如果毛细管端口插入液面有一定深度，对实验数据有何影响？4. 影响本实验结果的主要因素是什么？5. 由 求算乙醇的横截面积，并与文献值相比较，计算相对的误差大小。6. 如果想通过类似实验测阿佛加德罗常数，能近似做到吗？如果要做，你觉得选什么做溶质为好？【英汉词条】毛细管 capillary / capillary tube毛细

9、管常数 capillary constant密度 density粘度 viscosity吸附量 adsorptive capacity比表面能 specific surface energy曲率半径 radius of curvature 乙醇 ethanol仪器常数 apparatus constant / instrumental constant 表面张力 interfacial force / interfacial tension / surface tension / surface tensity附：用Origin处理表面张力数据方法一. 输入数据1.击Origin，打开Orig

10、in窗口。2.在Data1窗口中输入你的实验数据。A(X)-浓度，B(Y)-高度差。3.鼠标右键点击空白处，出现快捷框，点击Add new column，出现C（Y）列。4.求溶液的表面张力：鼠标右键点击C（Y），出现快捷框，点击Set column values，出现Set column values窗口，在Col（C）=后填入水的表面张力*Col（B）/h水，如Col（C）=73.49*Col（B）/241点击OK即可在C（Y）列中得到溶液的表面张力。二非线性拟合 1.拉黑C（Y）列，点击Origin窗口上方菜单栏中Analysis中的Non-Liner Curve Fit（NLSF），出

11、现NLSF窗口或NonLinear Curv 窗口。在NLSF窗口的菜单中选择Function中的New，打开Define New Function对话框。在Name文本框中输入函数名。在Defination文本框中输入自定义的函数表达式。乘用*号，除用/。在表面张力实验中为：y=p1-p2*ln（1+p3*x） 其中y-表面张力，x-浓度。在Number of Parameter下拉自定义函数式中的参数个数：3。在下方Form中选equations单击Save即可。3. 指定函数变量。在NLSF窗口的菜单中选择Action中的Dataset，打开Select Dataset对话框。在对话框顶

12、部的列表框内单击y变量，然后在Available Datasets列表框中单击Data1-c。单击Assign命令按钮。即y变量对应于Data1-b数列了。同样可指定x变量对应于Data1-a数列。4. 曲线拟合。在NLSF窗口的菜单中选择Action中的Fit分别设置参数的初始值，可都设为1。点击10 Iter按钮25次，直至参数值不变即可。同时拟合出的曲线也将出现在绘图框中。将参数值代入自定义的函数式中，即为由数据拟合的表达式。绘图框中的曲线即为拟合曲线。关闭NLSF窗口。三、d/dc1.按上述方法得到拟合曲线后，鼠标右键点击绘图框1，出现快捷菜单，点击最下方的NLSF数据。2.点击Ori

13、gin窗口上方菜单栏中Analysis中的Calculus中的Differentiate，出现dy/dx与x的关系曲线的绘图框Deriv。3.在绘图框Deriv上双击曲线，出现Plot Details对话框。4.单击Plot Details对话框中下方的Worksheet，出现关系曲线上的相关数据的对话框，即拟合曲线上的A（x）-浓度、B（y）-表面张力、B（y）-表面张力对浓度的微分值。 四、求吸附量浓度曲线1.在NLSF1-user1 fit of Data1-C表格右边的空白处单击右键，出现快捷菜单，点Add New Column，即出现新的一栏。2.在空白栏最上一栏中单击右键，出现快捷菜单，点击Set Column Value，出现Set Column Value对话框。3.在文本框中输入公式：-col(A)*col(B)/(8.314*298)(25摄氏度)点击ok即可得到C（Y）的吸附量值。4.4.选择C（Y）列，单击右键，作图即可出现吸附量与浓度的关系曲线。