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1、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 =
2、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
3、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(
4、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
5、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
6、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
7、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。,