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11007 周陈实验9 报告 溶液中的吸附作用和表面张力的测定——最大气泡压力法 P周陈 中国科学技术大学地球化学与环境科学系，合肥 230026 摘要 为了降低体系的表面能，表面活性剂的水溶液会发生 吸附作用，使得溶液表面浓度比内部浓度高。在指定的压力 关键词 下，气-液界面上的吸附量与温度、溶液表面张力及溶液浓度 吸附量  表面张力 的关系可用热力学方法推导得出 。在一定的温度下，吸附 量与溶液浓度之间的关系可由Langmuir 等温方程式给出。所 最大气泡压力法 以实验只需测得表面张力与溶液浓度之间的关系，就可以得 到气-液界面的吸附量及饱和吸附量。本实验通过最大气泡压 力法测量表面张力，获得不同浓度下正丁醇溶液的表面张力， 分析得到吸附量和浓度的关系及饱和吸附量，并在此基础上 进行应用，获得正丁醇的横截面积。 前言 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0－1，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 图0-1 表面分子和内 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。 部分子的不同情况 －W=A 2 2 如果A ＝1m ，则－W＝，即在等温下形成 1m 新的表面所需的可逆功。故称为单位 表面的表面能，其单位为N·m-1 。这样就把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。 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 c    ＝   （1） RT  c T 式中，——气一液界面上的吸附量（mol·m-2 ）； ——溶液的表面张力（N·m-1 ）; T——绝对温度（K ）；c －溶液浓度（mol·m-3 ）； 1 11007 周陈实验9 报告 -1 -1 R——气体常数（8.314J·mol ·K ）。   当( )T  0 时， 0 ，称为正吸附。反之，( )T  0 时， 0 ，称为负吸附。前者表 c c 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，