表面张力的测定

表面张力的测定,最大气泡压力法、滴重法、毛细管升高法 胡刚 田雄 王文熙,摘要：利用已知蒸馏水的表面张力，通过最大气泡压力法、滴重法、毛细管升高法测定十二烷基硫酸钠的表面张力。,实验原理,1.最大气泡压力法测定表面张力（装置如下图所示）：,其中，B是管端为毛细管的玻璃管，与液面相切。毛细管中大气压为P0。试管A中气压为P，当打开活塞E时，C中的水流出，体系压力P逐渐减小，逐渐把毛细管液面压至管口，形成气泡。当气泡在毛细管口逐渐长大时，其曲率半径逐渐变小，气泡达最大时便会破裂。此时气泡的曲率半径最小，即等于毛细管半径r，气泡承受的压力差也最大P=P0-P=2/r 此压力差可由压力计D读出，故 =rP/2 若用同一支毛细管测两种不同液体，其表面张力分别为1、2，压力计测得压力差分别为P1、P2则： 1/2=P1/P2 若其中一种液体的已知，例如水，则另一种液体的表面张力可由上式求得。,2毛细管身升高法（装置如下图所示）：,当一根洁净的，无油脂的毛细管浸进液体，液体在毛细管内升高到h高度。在平衡时，毛细管中液柱重量与表面张力关系为：2rcos=r2gdh =gdhr/2cos （1） 如果液体对玻璃润湿，=0，cos=1（对于很多液体是这样情况），则： =gdhr/2 （2） 式中为表面张力；g为重力加速度；d为液体密度；r为毛细管半径。 上式忽略了液体弯月面。如果弯月面很小，可以考虑为半球形，则体积应为： r3 -2/3 r3 =1/3r3 从（2）可得：=gdr/2（h+1/3r） （3） 更精确些，可假定弯月面为一椭圆球。（3）式应变为： =gdhr/2（1+1/3（r/h）-0.1288（r/h）2+0.1312（r/h）3） （4）,3.滴重法（装置如下图所示）,从图中可看出，当达到平衡时，从外半径为r的毛细管滴下的液体重量应等于毛细管周边乘以表面张力，即：mg=2r （5） 式中m为液滴质量；r为毛细管外半径；为表面张力；g为重力加速度。 事实上，滴下来的仅仅是液滴的一部分。因此（5）式中给出的液滴是理想液滴。经实验证明，滴下来的液滴大小是v/r3的函数，即由f（v/r3）所决定（其中v是液滴体积）。（5）式变为mg=2r f（v/r3） （6） mg/(2f（v/r3）)=Fmg/r (7) 式(7)中的F是校正因子。如果测得滴下液滴体积及毛细管外径，就可从表中查出校正因子F的数值。,二、仪器和试剂：,表面张力测定装置一套； 洗耳球一个； 5L、2L移液管各一支； 8个25L容量瓶； 无水乙醇，正丁醇，环己烷。 约25厘米长、0.2毫米直径的毛细管； 读数显微镜；小试管； 250C恒温槽。 毛细管（末端磨平）； 称量瓶。,三、实验步骤,（一）毛细管升高法： 1.将毛细管洗净、干燥，于小试管中倾入被测液，按图装好。将毛细管与液面相切，待毛细管中液体升高后，使试管内外压力相等。待液体回到平衡位置，测量其高度h。重复几次取平均值。 2.高度h测定后，可用下述方法测定毛细管半径：用已知表面张力的液体测定毛细管升高h。然后利用（2）或（3）、(4)式计算出毛细管半径r。 （二）滴重法： 1. 一次滴3滴溶液与小烧杯中，称其重量，去平均值。 2.从液滴重量及液体密度计算滴下液滴体积。然后求出v/r3数值，从表中查出校正因子F数值。根据（7）式求出表面张力。,四、注意事项：,1.打开滴液漏斗的活塞时要求使气泡尽可能慢的鼓出。 2.毛细管要求出泡均匀，内径不可太粗，否则误差太大。毛细管头部必须平整光滑，不沾油污，以免出泡不均匀。 3.测定表面应放掉一些气泡后，才读出最大压力差，不能让泡沫在液面上过多堆活性剂溶液时，溶液要沿管壁慢慢加入，防止大量气泡。测定时也积影响溶液和形成的压力差。 4.仪器系统不能漏气。 5.毛细管必须干净，保持垂直，其管口刚好与液面相切每次测量前用待测液洗涤毛细管，保持毛细管与样品管所测液浓度一致。 6.读取压力计的压差时，应取气泡单个逸出时的最大压力差。 7.用吸耳球洗毛细管时，要打开活塞。,五、数据处理：,1.查出实验温度下水的表面张力，求出各溶液浓度的表面张力值并列出实验数据(如下表):实验温度t23.5oc,其对应的蒸馏水的表面张力为: =7.228X10-2N/m (1).最大泡压法,2、毛细管升高法,3. 滴重法,六.误差分析,、最大气泡压力法： 实验结果表明，运用单一毛细管插入液面以下一定深度进行溶液表面张力测定，它既能够克服气泡逸出不稳定，难以调节毛细管端面正好与液面相切的缺点，又能保证实验结果的准确性具有操作简单、快速、准确度高等优点对于物质不同温度下的表面张力数据的准确获得，具有较好的推广应用价值此外，还可通过某溶液两温度时的表面张力，测定另一温度时溶液的密度 结合本实验的结果，讨论产生误差的原因 垂直相切没调好 因折射率与温度有关，所以如果不恒温将使得测量不准确。,毛细管升高法： 毛细管插入深度对气泡压力的影响：从测试结果看,不同的h对应不同的静压力。结果表明：表面张力的大小与毛细管插入深度有关。温度对表面张力的影响：温度升高，表面张力一般会下降。 不同温度下的表面张力数据的准确获得，具有较好的推广应用价值此外，还可通过某溶液两温度时的表面张力，测定另一温度时溶液的密度 1毛细管放置是否竖直及干净程度对实验会带来误差 2读数误差大,滴重法： 1每次滴下的液滴不是一整滴，而是液滴的一部分，由此带来很大的误差 2不同种类液体的液滴挥发程度不同，从而对质量的测定带来误差。,七.结果分析,从数据上看三种方法的结果都差不多，准确度都很好，数值上的差异也不大。这就说明一个道理做同样的事情的方法不是单一的，用不同的方法也会收到同样的结果。也就是常说的条条道路通罗马。,