物化結(jié)課論文

1、化學(xué)化工學(xué)院物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)課論文題 目:液體表面張力測(cè)定的方法學(xué) 院：化學(xué)化工學(xué)院班 級(jí)：10化學(xué)學(xué)生姓名：學(xué) 號(hào)：完成時(shí)間： 2013年6月25日目錄 TOC o 1-5 h z 摘要1正文1總結(jié)3一、摘要：表面張力是影響多相體系的相間傳質(zhì)和反應(yīng)的關(guān)鍵因素之一，是重要的液體物理性質(zhì)。 本文著重介紹了幾種液體表面張力的測(cè)定方法(毛細(xì)管上升法、最大氣泡壓力法、差分最大 氣泡壓力法)，包括這種方法的測(cè)定原理、缺點(diǎn)及改進(jìn)方法或應(yīng)用，特別指出了寬溫度和壓 力范圍的表面張法的選擇及表面張力測(cè)定展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞:表面張力，最大氣泡壓力法，差分最大氣泡壓力法，毛細(xì)管上升法。二、正文：液體表面區(qū)的分子由于受力不

2、平衡產(chǎn)生的向內(nèi)收縮的單位長(zhǎng)度的力，即表面張力。它分 為靜態(tài)表面張力和動(dòng)態(tài)表面張力。通常液體的表面張力，自其液體表面形成之后，隨著時(shí)間 的推移而有所變化。在新的液體表面形成的瞬間，經(jīng)過約1S以上時(shí)的表面張力，稱作靜態(tài) 表面張力;在1S以下的表面張力稱作動(dòng)態(tài)表面張力。表面張力是多相系統(tǒng)的重要界面性質(zhì)， 對(duì)于泡沫分離、蒸餾、萃取、乳化、吸附、潤濕等過程存在重要影響。在實(shí)際生產(chǎn)過程中， 動(dòng)態(tài)表面張力更有意義，因?yàn)樗从吵鰝髻|(zhì)過程以及吸附、粘附、鋪展等過程的有關(guān)信息， 這對(duì)于化工過程的設(shè)計(jì)與研究是非常有意義的?，F(xiàn)有的表面張力測(cè)定95%都是常壓或沸點(diǎn) 條件下進(jìn)行的.現(xiàn)在越來越需要考察不同溫度和壓力條件下表

3、面張力的測(cè)定。本文著重指出 各種條件下表面張力的測(cè)定方法，特別是高溫高壓下表面張力的測(cè)定方法。液體表面張力的 測(cè)定方法分靜力學(xué)法和動(dòng)力學(xué)法。靜力學(xué)法有毛細(xì)管上升法、最大氣泡壓力法;動(dòng)力學(xué)法有 震蕩射流法、毛細(xì)管波法。其中毛細(xì)管上升法和最大氣泡壓力法不能用來測(cè)液一液界面張力。 最大氣泡壓力法，震蕩射流法，毛細(xì)管波法可以用來測(cè)定動(dòng)態(tài)表面張力。由于動(dòng)力學(xué)法本身 較復(fù)雜，測(cè)試精度不高，而先前的數(shù)據(jù)采集與處理手段都不夠先進(jìn)，致使此類測(cè)定方法成功 應(yīng)用的實(shí)例很少。因此，迄今為止，實(shí)際生產(chǎn)中多采用靜力學(xué)測(cè)定方法。毛細(xì)管上升法：1.1測(cè)定原理：將一支毛細(xì)管插入液體中，液體將沿毛細(xì)管上升，升到一定高度后，毛細(xì)管

4、內(nèi)外液體將 達(dá)到平衡狀態(tài)，液體就不再上升了。此時(shí)，液面對(duì)液體所施加的向上的拉力與液體總向下的 力相等。則Y =1 /2( p 1-p g) g h r cos0。式中Y為表面張力，r為毛細(xì)管的半徑，h為毛細(xì)管中液面上升的高度，R為測(cè)量液體 的密度，p為氣體的密度(空氣和蒸氣)，g為當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣龋?。為液體與管壁的接觸角。1.2優(yōu)點(diǎn)：本法是用來直接測(cè)定液體表面張力的最為準(zhǔn)確的絕對(duì)方法之一，也是應(yīng)用最多的方法之 一。由于它不僅理論完整，而且實(shí)驗(yàn)條件可以嚴(yán)格控制，是一種重要的測(cè)定方法。隨著技術(shù) 的發(fā)展，毛細(xì)管上升技術(shù)也可以用來測(cè)定動(dòng)態(tài)表面張力。此方法還曾被用于高溫高壓條件下 表面張力的測(cè)定，但溫度

5、一般不超過100 0C，壓強(qiáng)不超過13.8MPa。1.3缺點(diǎn)：不易選得內(nèi)徑均勻的毛細(xì)管和準(zhǔn)確測(cè)定內(nèi)徑值。液體與管壁的接觸角不易測(cè)量。溶液的純度會(huì)對(duì)表面張力的測(cè)量造成不同程度的影響。需要較多液體才能獲得水平基準(zhǔn)面(一般認(rèn)為直徑在10 cm以上液面才能看作平面)，所以 基準(zhǔn)液面的確定可能產(chǎn)生誤差。2最大氣泡壓力法：2.1測(cè)定原理：若在密度為P的液體中，插入一個(gè)半徑為r的毛細(xì)管，深度為t，經(jīng)毛細(xì)管吹入一極小 的氣泡，其半徑恰好與毛細(xì)管半徑相等。此刻，氣泡內(nèi)壓力最大。根據(jù)拉普拉斯公式.氣泡 最大壓力為Pm=p gt+2y /r.2.2優(yōu)點(diǎn)：這是由Si于1851年提出的方法，后來由Canter,Jaeg

6、er分別從理論和實(shí)用角度加以發(fā) 展。此種方法設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，不需要完全濕潤，它既是相對(duì)的方法，也是絕對(duì)的方法。 可以測(cè)量靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的表面張力，測(cè)量的有效時(shí)間范圍大，溫度范圍寬。2.3缺點(diǎn)：氣泡不斷生成可能會(huì)擾動(dòng)液面平衡，改變液體表面溫度，因此不易控制氣泡形成速 度；要求在氣泡逸出瞬間讀取氣泡的最大壓力，因此此值很難測(cè)準(zhǔn)；毛細(xì)管的半徑不易準(zhǔn)確測(cè)定；此法中，最大壓差為大氣壓與系統(tǒng)壓力的差值，因此，當(dāng)室內(nèi)氣流流動(dòng)時(shí)，會(huì)造成大 氣壓的變化，使實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)產(chǎn)生一定誤差；為了消除溶液靜壓對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，測(cè)定時(shí)要求測(cè)量的毛細(xì)管插入液體中的深度為 0,但要調(diào)整毛細(xì)管尖端與被測(cè)液面相切有一定的難度。2.

7、4改進(jìn)：控制氣泡生成速度:一般采用滴液漏斗減壓，或在滴液漏斗的出水口接一個(gè)尖嘴、注射 器、減壓瓶，或采用針型閥來精確控制氣泡的脫離速度。最大氣泡壓力的測(cè)定:以前用U型壓力計(jì)測(cè)量，后選用斜管壓力計(jì)。隨著電子技術(shù)的 發(fā)展，采用了數(shù)字壓力計(jì)或數(shù)字式微壓差測(cè)定儀，這樣測(cè)得的系統(tǒng)壓力值是正確的，而且更 精確。若再用A/D轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)相連，數(shù)據(jù)處理也就更為方便;田峰等08采用精密壓力 傳感器，儀用放大器，41 /2位A/D即MCS-51單片機(jī)研制了一種新型氣泡最大壓力法表面 張力儀。李英等建立了一套動(dòng)態(tài)表面張力的測(cè)定裝置，采用了差壓變送器，并獲得國家專利。快速調(diào)整液面:如果事先在大試管壁上作了標(biāo)記(如用

8、有刻度的大試管則更好)表示液 面高度，則可根據(jù)標(biāo)記倒入溶液，再用毛細(xì)管調(diào)整或用雙管反應(yīng)器代替單個(gè)試管測(cè)定。毛細(xì)管的半徑的測(cè)定:測(cè)定不同溫度下的 P，然后與物理化學(xué)手冊(cè)中查閱到的表面張 力值對(duì)照，通過計(jì)算標(biāo)定毛細(xì)管的半徑或用讀數(shù)顯微鏡測(cè)定毛細(xì)管的半徑。若是玻璃管，還 可用向毛細(xì)管中充滿干凈的汞，測(cè)量毛細(xì)管中不同長(zhǎng)度下汞的質(zhì)量，根據(jù)該長(zhǎng)度下汞的質(zhì)量 數(shù)據(jù)及汞的密度，可算出該段毛細(xì)管的平均半徑。3差分最大氣泡壓力法：3.1測(cè)定原理：差分最大氣泡壓力法最早是由Suden于1921年提出來的并提出計(jì)算公式，后經(jīng)過Cuny和Wolf等的不斷改進(jìn)，原理是兩個(gè)同質(zhì)異徑的毛細(xì)管插入被測(cè)液體中，氣泡從毛細(xì)管 中通

9、過后到達(dá)液體中，測(cè)量?jī)蓚€(gè)毛細(xì)管中氣泡的最大壓力P和p2，表面張力是壓差的 函數(shù)。3.2優(yōu)點(diǎn)：通過調(diào)整毛細(xì)管的插入深度來降低測(cè)量和計(jì)算的復(fù)雜程度?，F(xiàn)在的技術(shù)可用來測(cè)絕對(duì)表面張力也可用來測(cè)相對(duì)表面張力。通過選擇合適的毛細(xì)管，大范圍的氣泡生成周期是可以達(dá)到的，從十分之一秒到幾分 鐘，而且可用來測(cè)動(dòng)態(tài)表面張力。此種方法比差分毛細(xì)管上升法有更好的重復(fù)性。三、總結(jié)：1寬溫度和壓力范圍的表面張力的測(cè)定存在的問題：實(shí)驗(yàn)裝置越復(fù)雜和測(cè)定時(shí)間消耗越長(zhǎng)的方法，就會(huì)有越大的誤差來源。儀器及人為誤差。毛細(xì)管上升法，最大氣泡壓力法都需要可見的準(zhǔn)確的測(cè)高、測(cè)重或者 測(cè)深的儀器。這些方法都需要個(gè)人、照相機(jī)或者軟件來進(jìn)行測(cè)量，從而造成人為誤差。機(jī)械操作的誤差。毛細(xì)管上升法需要測(cè)量插入液面的深度的儀器等。機(jī)械操作降低了體 系的操作壓力并且增加了表面張力測(cè)定的復(fù)雜性。計(jì)算誤差。上述的大部分測(cè)量方法都需要知道同時(shí)存在的氣液兩相的密度，現(xiàn)在密度計(jì) 算的方法要么估算.要么用狀態(tài)方程計(jì)算。實(shí)驗(yàn)方法的選擇：在實(shí)際測(cè)量中，一般可根據(jù)要求的實(shí)驗(yàn)精度、溫度壓力和設(shè)備的實(shí)現(xiàn)難易程度來選擇。要求精度比較高時(shí)，可以采用毛細(xì)管上升法、最大氣泡壓力法、否則可以選擇懸滴法 或旋滴法;當(dāng)以設(shè)備實(shí)現(xiàn)的難易度來選擇時(shí)，可以選擇最大氣泡壓力法、毛細(xì)管上升法。常溫常壓下一般采用傳統(tǒng)的毛細(xì)管上升法、最大氣泡壓力法;高溫