一、实验目的
1. 测定不同浓度的乙醇水溶液的表面张力，计算表面吸附量和乙醇分子的横载面积。 2. 了解表面张力的性质及表面张力和表面吸附量的关系
3. 掌握最大泡压法测定溶液表面张力和表面吸附量的原理和技术。
二、原理
液相与气相之间的界面层可看作是介乎液体与气体性质的第三相。界面层分子受液体内部分子的吸引力远大于外部蒸气分子对它的吸引力，致使表面层分子受到向内的拉力使表面积趋于最小（球形），以达到受力平衡。揭示表面层这一特征的方法很多, 最常用的为表面张力（surface tension, 用表示），或可定义为单位表面吉布斯自由能(surface Gibbs free energy，用表示)。液体的表面张力与温度、纯度等因素有关。温度愈高，表面张力愈小；纯度发生变化时，表面张力也相应发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少。
根据能量最低原理，若溶液质能降低溶剂的表面张力，则表面层溶质的浓度应比溶液内部的浓度大；如果所加溶质能使溶剂的表面张力增加，那么，表面层溶液质的浓度应比内部低，这种现象为溶液的表面吸附，用吉布斯(Gibbs)公式表示：
式中，为表面吸附量(mol m-2)；为表面张力（J m-2）；为绝对温度（Ｋ）；为溶液浓度（mol L-1）； 表示在一定温度下表面张力随浓度的变化率。< 0， >0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶液表面层的浓度大于内部的浓度，称为正吸附作用。>0， <0，溶质能增加溶剂的表面张力，溶液表面层的 浓度小于内部的浓度，称为负吸附作用。
可见，通过测定溶液的浓度随表面张力的变化关系可以求得不同浓度下溶液的表面吸附量。吸附量与浓度之间的关系可以用Langmuir等温吸附方程式表示：
式中，表示吸附量，通常指单位质量吸附剂上吸附溶质的摩尔数；表示饱和吸附量；表示吸附平衡时溶液的浓度；为常数。将上式整理可得如下形式:
作 ～ 图，得一直线，由此直线的斜率和截距可求常数和。
如果以N代表1m2表面层的分子数，则：
式中，为Avogadro常数，则每个分子的截面积为：
图1液体表面张力测试装置
测定表面张力的方法很多，有最大泡压法、拉环法、张力计法等，在本实验中，采用最大泡压法来测定液体的表面张力。装置图如图1所示。
待测液体置于支管试管中，使毛细管端面与液面相切，液面随着毛细管上升至一定高度。打开滴液漏斗缓慢抽气。此时，由于毛细管液面所受压力大于支管试管液压力（即有一压力差产生——附加压力ΔＰ=Ｐ大气-Ｐ系统），当在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，毛细管液面不断下降，气泡就从毛细管口脱出。 毛细管内液面上受到一个比支管试管中液面上大的压力，当此压力差——附加压力(P大气-P系统)在毛细管端面上产生的作用力稍大于毛细管口液体的表面张力时，气泡就从毛细管口脱出，此附加压力与表面张力成正比，与气泡的曲率半径成反比，其关系式为：
。
如果毛细管半径很小，则形成的气泡基本上是球形的。当气泡开始形成时，表面几乎是平
的，这时曲率半径最大；随着气泡的形成，曲率半径逐渐变小，直到形成半球形，这时曲率半径R和毛细管半径r相等，曲率半径达最小值，根据上式这时附加压力达最大值。气泡进一步长大，R变大，附加压力则变小，直到气泡逸出，根据上式，R=r时的最大附加压力为：
在实验中，如果使用同一支毛细管和压力计，则可以用已知表面张力的液体作为标准，分别测定它们的最大附加压力后，通过对比计算得到其它未知液体的表面张力：
本实验以蒸馏水为标准物质，先测定水的最大附加压力值，查表得到实验温度下的，则
作图，求出浓度下的值，则
结合前面的计算公式和处理方法，则可计算出 ∞ 和A。
三、仪器和试剂
仪器： 恒温槽装置；DP-A精密数字压力计1台；抽气瓶l个；支管试管（φ25×20cm） 毛细管（0.2～0.3mm）1支； 烧杯（250mL）；
试剂：乙醇（AR）
四、实验步骤
1．乙醇的密度测量：
取一干净的称量瓶，准确称量空重W1后；装满蒸馏水在30℃恒温槽中恒温15min，迅速擦干外表面，并准确称量其质量W2；干燥称量瓶后，装满乙醇在30℃恒温槽中恒温15min，迅速擦干外表面，准确称量其质量W3。结合30℃水的密度，计算出乙醇在30℃的密度。
里德穆勒
2．分别移取0.20ml，0.40ml，0.80ml，1.2m，l.6ml的乙醇到容量瓶中，配制成100ml待测液，各待侧液浓度结合乙醇的密度和体积计算出来。
3．测定水的最大附加压力△Pmax
（1）打开精密数字压力计预热10min。将单位调至mmH2O（1mmH2O=9.80665Pa；后同），在通大气的条件下对仪器进行采零。
（2）在表面张力仪的支管试管中装入适量的蒸馏水，插入已洗净的毛细管，使毛细管端和液面接触。将实验仪器按图连接好，并在滴液漏斗中加满水。打开支管活塞，用洗耳球通
过通气管上的胶管想系统中吹气，调整支管中液面的高度，使毛细管端与液面刚好相切。盖上支管活塞后，用止水夹将通气管上的胶管夹好。将支管试管置于25.00℃的恒温槽中，恒温10min。打开滴液漏斗，使水缓缓滴出，调整滴速，使气泡从毛细管端尽可能缓慢而且均匀地鼓出，约5～10s鼓出一个气泡。带数字压力计示值稳定后，读取数字压力计的最大视数△Pmax亨润成型机炮筒材质（mmH2O）值，测定3次，取平均值。
4．按照3中步骤（2）依次测定各浓度乙醇水溶液的最大附加压力△Pmax值
五、讨论
1．仪器系统不能漏气。
2．测定过程中严格控温，配样品时，应在30℃下配制，因此，用移液管移取适量乙醇到100ml容量瓶后，加入适量蒸馏水使液面刻度距离容量瓶刻度3厘米，放入恒温槽中恒温10分钟后，用恒温好的蒸馏水定容至刻度线，并混匀。
3．测定时，待测液浓度要按由稀到浓的顺序测定。
4．测定用的表面张力计一定要清洁，尤其是毛细管部分一定要干净，应保持垂直，其管口刚好与液面相切，否则气泡不能连续逸出，使压力计的读数不稳定，且影响溶液的表面张力。
5．读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。
六、实验数据记录及处理
室温： 大气压：
1．乙醇的密度：
表1 乙醇的密度测定内裤加工
2．待测液体的表面张力：
表2 待测样品的表面张力测定
| 蒸馏水 | 乙醇溶液 |
C/mol·L-1 | | | | | | |
Pmax/KPa | | | | | | |
Pmax，平均/KPa | | | | | | |
γ/（N·m-1） | | | | | | |
| | | | | | |
3做σ- C曲线，求出各浓度下的斜率：
表3 待测样品的数据
4婴儿护理车利用吉布斯吸附等温方程式，计算出各溶液的Γ：
表4 待测样品的Γ及数据
| 乙醇溶液 |
C/mol·L-1 | | | | | |
/mol·m-2 | | | | | |
/ m-1 | | | | | |
| | | | | |
5做C/Γ~C图，求出直线斜率，由斜率求出Γ∞；
6计算乙醇分子的横截面积。
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