利用滴重法測定液體表面張力

1、摘要 本文論述了用滴重法測定液體表面張力的基本原理、測定裝置、測試步驟和該方法的應用特點。abstract: the basic principle, device and method for measuring liquid surface tension with the drop weight method are reviewed in this paper. besides, the application features of this method are introduced.關鍵詞 液體表面張力 滴重法keywords liquid surface tension; dr

2、op weight method前言表面張力的知識對基礎科學研究和生產(chǎn)應用都具有重要意義。它決定了很多工業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量，例如：食品、農(nóng)業(yè)化學制品、藥品的生產(chǎn)和冶金1、煉鋼等等。人們針對表面張力也做了大量的研究，很多發(fā)達國家將表面張力測定作為檢測和控制環(huán)境污染的標準程序之一。滴重法是一種較好的測定表面張力的方法，此方法操作簡單，溫度控制方便，試樣尺寸小，再現(xiàn)性好，而且能夠測量液-氣界面和液-液界面的張力。在適當?shù)臈l件下，滴重法的精度可以達到±0.01mn/m。測量原理圖1 滴重法示意圖如圖1所示，對于液體從很細的管口中緩慢滴出的過程，液滴在表面張力的支撐下緩慢長大，當重量比表面張力稍大時

3、，液滴就將落下來。設管口的半徑為r，落下的液滴質(zhì)量為m，其表面張力為，當重力加速度為g，則可以得到： (1)但實際過程并不是這么簡單，當液滴落下時，首先式中部變細，大部分落下來，剩下的一部分變成小液滴，接著落下來。即使采用毛細管，應用公式(1)也會產(chǎn)生很大的誤差，因此harkins就引入了校正因子f，則更精確的表面張力可以表示為： (2)其中f 與液滴的大小v和管口的半徑r有關，根據(jù)f 與的關系，可以從表中查得相應的修正系數(shù)2。實驗時，為了得到足夠精確的r值，可以采用反復查表迭代的方法。用滴重計測量蒸餾水的表面張力。首先用游標卡尺量出滴重計管端的直徑，計算半徑r0；用r0作初值，求得；查har

4、kins校正因子表得f1；然后將蒸餾水的表面張力和f1代入公式，求的第一次迭代結果r1；再由查表得f2 ；再代入公式，如此反復迭代直至相鄰兩次迭代值的相對誤差滿足所需精度。測量裝置與步驟 圖2 滴重法裝置示意圖利用滴重法測量液體表面張力的常見裝置是滴重計，如圖2所示。滴重計是一個帶有中間凸起的玻璃管，它的表面有刻度。滴重計的尖端是專門設計的為了讓液體能流過口徑較小的部分并形成液滴。常見的幾何類型有兩種：毛細管類型和銳角尖端類型（如圖3所示）。不同幾何類型的尖端對應液滴和管口平面的接觸角度不同3。圖3 滴重計尖端幾何形狀類型(a)厚壁毛細管尖端(b)薄壁毛細管尖端(c)銳角尖端3用滴重計測量液體

5、表面張力的步驟為：1. 用游標卡尺測量滴重計的直徑。2. 測量蒸餾水的從上刻度到下刻度的總質(zhì)量m0和滴數(shù)n0。利用迭代法求得滴重計的半徑。3. 把滴重計用待測液體（樣品）蕩洗數(shù)次后，用此待測液體測量從上刻度到下刻度滴下液滴的總質(zhì)量m和滴數(shù)n。計算該待測液體的表面張力。應用特點1. 滴重法是一種相對精確而又可能是最方便的方法之一，它的樣品制備簡單，溫度時間間隔長，只用簡單的溫度控制即可?？捎脕頊y定氣一液和液一液界面，且樣品的用量少。2. 此方法只能應用于液滴很小的情況4。3. 滴重法測量有三種模式：靜態(tài)測量、動態(tài)測量和準靜態(tài)測量。主要區(qū)別參數(shù)是液滴形成和滴落的速度。其中靜態(tài)測量主要用來測量純液體

6、的表面張力，動態(tài)測量經(jīng)常用來測量含有表面活性劑的稀溶液，準靜態(tài)測量適用于蛋白質(zhì)溶液、聚合物溶液5。結論1. 滴重法測量液體表面張力是一種相對精確而又方便的方法；2. 計算中需要利用harkins校正因子，至今只能算是一種經(jīng)驗方法。3. 在計算滴重計端口半徑時采用迭代法可以提高計算精度。參考文獻1 王武孝，袁森，張忠明。液體表面張力測定的探討。物理測試，1998，1：38-40。2 尹東霞，馬沛生，夏淑倩。液體表面張力測定方法的研究進展?？茖W通報，2007，23（3）：424-433。3 william d. harkins, f. e. brown. the determination of surface tension and the weight of falling drops: the surface tension of water and benzene by the capillary height method. am. chem. soc., 1919, 41 (4): 499524.4 郭瑞。表面張力測量方法綜述。計量與測試技術，2009，36（4）：62-64。5 boon-beng lee, pogaku ravindra and eng-seng chan. a critical review: surface and in