蒸餾水界面張力測試方法

摘要：利用已知蒸餾水的表面張力，通過最大氣泡壓力法、滴重法、毛細管升高法測定正丁醇、無水乙醇、環(huán)己烷的表面張力。一、實驗原理：最大氣泡壓力法測定表面張力：其中，B是管端為毛細管的玻璃管，與液面相切。毛細管中大氣壓為P0。試管A中氣壓為P，當打開活塞E時，C中的水流出，體系壓力P逐漸減小，逐漸把毛細管液面壓至管口，形成氣泡。當氣泡在毛細管口逐漸長大時，其曲率半徑逐漸變小，氣泡達最大時便會破裂。此時氣泡的曲率半徑最小，即等于毛細管半徑r，氣泡承受的壓力差也最大△P=P0-P=2y/r此壓力差可由壓力計D讀出，故y=「△P/2若用同一支毛細管測兩種不同液體，其表面張力分別為丫1、Y2，壓力計測得壓力差分別為△P1、△P2則：Y1/y2=△P1/AP2若其中一種液體的Y已知，例如水，則另一種液體的表面張力可由上式求得。毛細管身升高法：毛細管法測定表面張力儀器 毛細管表面張力示意圖當一根潔凈的，無油脂的毛細管浸進液體，液體在毛細管內(nèi)升高到h高度。在平衡時，毛細管中液柱重量與表面張力關(guān)系為：2narcos0=nr2gdha=gdhr/2cos0 (1)如果液體對玻璃潤濕，0=0，cos0=1(對于很多液體是這樣情況)，則：o=gdhr/2 (2)式中。為表面張力；g為重力加速度；d為液體密度；r為毛細管半徑。上式忽略了液體彎月面。如果彎月面很小，可以考慮為半球形，則體積應為：nr3-2/3nr3=1/3nr3從（2）可得：o=gdr/2（h+1/3r） （3）更精確些，可假定彎月面為一橢圓球。（3）式應變?yōu)椋簅=gdhr/2（1+1/3（r/h）-0.1288（r/h）2+0.1312（r/h）3） （4）滴重法：從圖中可看出，當達到平衡時，從外半徑為r的毛細管滴下的液體重量應等于毛細管周邊乘以表面張力，即：mg=2nor（5）式中m為液滴質(zhì)量；r為毛細管外半徑；。為表面張力；g為重力加速度。事實上，滴下來的僅僅是液滴的一部分。因此（5）式中給出的液滴是理想液滴。經(jīng)實驗證明，滴下來的液滴大小是v/r3的函數(shù)，即由f（v/r3）所決定（其中v是液滴體積）。（5）式變?yōu)閙g=2narf（v/r3） （6）o=mg/（2nof（v/r3））=Fmg/r（7）式（7）中的F是校正因子。如果測得滴下液滴體積及毛細管外徑，就可從表中查出校正因子F的數(shù)值。二、 儀器和試劑：表面張力測定裝置一套；恒溫水槽一套；洗耳球一個；5mL、2mL移液管各一支；8個25mL容量瓶；無水乙醇，正丁醇，環(huán)己烷。約25厘米長、0.2毫米直徑的毛細管；讀數(shù)顯微鏡；小試管；250C恒溫槽。毛細管（末端磨平）；稱量瓶。三、 實驗步驟：（一）最大氣泡壓力法1、將恒溫水槽溫度調(diào)至（25±0.1）C。2、 在已洗凈的表面張力測定管中裝入適量的蒸餾水，使毛細管口與液面恰好相切，注意使測定裝置垂直放置。放入恒溫水槽中約5-8min，然后將其接入系統(tǒng)，檢驗系統(tǒng)不漏氣，膠管內(nèi)不得有水。將滴液漏斗內(nèi)裝滿水，打開活塞，水慢慢滴出，使體系減壓。當減至一定程度，即有氣泡逸出，使氣泡形成的時間不少于5秒。當氣泡剛好脫離管口的瞬間，讀取數(shù)字壓力計顯示的最大值，連續(xù)測三次，取其平均值。3、 用同樣的方法測定無水乙醇，正丁醇，環(huán)己烷的表面張力。每次更換溶液時都要用待測液洗滌包細管內(nèi)壁及試管2-3次。注意保護毛細管口，不要碰損。（二） 毛細管升高法：將毛細管洗凈、干燥，于小試管中傾入被測液，按圖裝好，置于恒溫槽中恒溫。通過X管慢慢地將空氣吹入試管中，待毛細管中液體升高后，停止吹氣并使試管內(nèi)外壓力相等。待液體回到平衡位置，用度數(shù)顯微鏡測量其高度h。測定完畢后從X管吸氣，降低毛細管內(nèi)液面，停止吸氣并使管內(nèi)外壓力相等，恢復到平衡位置測量高度。如果毛細管潔凈，則兩次測量的高度應相等，否則應清洗毛細管。高度h測定后，可用下述兩個方法測定毛細管半徑：（a）用已知表面張力的液體測定毛細管升高h。然后利用（2）或（3）、（4）式計算出毛細管半徑r。（b）于毛細管中充滿干凈的汞，測定毛細管中不同長度下汞的重量。根據(jù)該長度下汞重量數(shù)據(jù)及汞的密度可以算出該段毛細管的平均半徑。（三） 滴重法：按圖裝好儀器，把待測液體充滿毛細管，并調(diào)節(jié)液位使液滴按一定時間間隔滴下。在保證液滴不受震動的條件下用稱量瓶搜集25—30滴稱重（對揮發(fā)性液體最好把滴下的液體加以冷卻）。用顯微鏡測量毛細管的外徑。從液滴重量及液體密度計算滴下液滴體積。然后求出v/r3數(shù)值，從表中查出校正因子F數(shù)值。根據(jù)（7）式求出表面張力。四、數(shù)據(jù)處理：1、 查出實驗溫度下水的表面張力，求出各溶液濃度的表面張力值并列出實驗數(shù)據(jù)（如下表）：實驗溫度t=25.0oC,其對應的蒸餾水的表面張力為:o=71.97x10-3N/m（1）最大氣泡壓力法2、 毛細管升高法：彎月面很小，可以考慮為半球形，則體積應為：nr3-2/3nr3=1/3nr3可得：o=gdr/2（h+1/3r） 其中g(shù)=9.8N/Kg由水（密度d=1000Kg/m3）的表面張力計算G可得r=0.08263cm3、 滴重法：mg=2nor可得r=mg/（2no）由水的表面張力可得r=0.08501cm五、實驗結(jié)論

哀面張力（達因/厘米）哀面張力（達因/厘米）哀面張力（達因/厘米）075.&1373.78