表面張力的測定

C.9表面張力的測定液體表面張力的測定，對于了解物質(zhì)體系性質(zhì)，溶液表面結構、分子間相互作用（特別是表面分子相互作用），提供了一種很有用的方法；它還可用來幫助了解潤濕、去污、懸浮力等問題；可以來幫助計算等張比容，工業(yè)設計中用來幫助估算塔板效率等。下面用毛細管升高法和滴重法來測定液體表面張力。一、毛細管升高法（一）實驗原理當一根潔凈的、無油脂的毛細管插進液體，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系為Y9hh3Y9hh32tyrcos0=nra2gphy=gPhr

y=gPhr

2cos0式中：y為表面張力，g為重力加速度，P為液體密度，r為毛細管半徑。對于潔凈、無油脂的毛細管和水，接觸角0"0,cos0=1,所以=gphr2可以考慮為半球形ra3=1-nra331）2）上式忽略了液體彎月面，如果彎月面很少，2nra3一n3則體積應為：由（2）式可得：11y=gpr(h+—r)TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"2 3更精確些時，可假定彎月面為一個橢圓球。(3)式變?yōu)?\o"CurrentDocument"1r r r4）y=gphr[l+—(-)一0.1288(-)a2+0.1312(-)a3]4）\o"CurrentDocument"3h h h二)實驗儀器25cm長、0.5mm直徑的毛細管，讀數(shù)顯微鏡，小試管，尺子（三）實驗步驟將毛細管洗凈、干燥，于小試管中傾入被測液，按圖裝好。從管口慢慢將空氣吹入試管中，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，用尺子測量其高度h。重復一次，再次測量高度h,看是否一樣，兩次測量的高度應相等，否則應洗清毛細管從新測量。將毛細管浸入有色的高錳酸鉀溶液中，然后用讀數(shù)顯微鏡測毛細管的直徑do（四）實驗數(shù)據(jù)記錄與處理溫度T=25.30°CKMnO升咼h—3.82cmp=0.9980X103kg/m3HO升咼h-4.09cmop=0.9961X103kg/m3毛細管的半徑r—(6X0.25+0.0025X83.0-2X0.25+0.0025X50.0)寧2-0.54125mm公式Y=l/2gpr(h+l/3r)將h與r數(shù)據(jù)代入可得：Y=0.1016N/m二、滴重法SC.9-2巔重法觀定表面強貢儀塞圖（一）實驗原理：從圖C.9-2中可以看出當?shù)竭_平衡時，從外半徑為r的毛細管滴下的液體質(zhì)量，應等于毛細管周邊乘以表面張力（或界面張力），即式中：m為液滴質(zhì)量，r為毛細管半徑，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的函數(shù)，即由 所決定（其中V是液滴的體積）。（5）式可以變?yōu)槭剑?）中的F稱為校正因子。表C.9-2就可以查出因子F的數(shù)值表C.9-2滴重法校正因子FV/芒FV/代F000.1593.4330.258750000.1722.9950.26072500.1982.09290.264558.10.2151.55450.265724.60.22561.0480.261717.70.23050.8160.255013.280.23520.7290.251710.290.23980.5410.24308.1900.24400.5120.24416.6620.24790.4550.24915.5220.25140.4030.2559406530.2542二）實驗儀器：毛細管（末端磨平），稱量瓶，游標卡尺。（三）實驗步驟：1?按圖C.9-2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，用稱量瓶收集25~30液滴稱量2.用讀數(shù)顯微鏡測量毛細管外半徑。3?從液滴質(zhì)量及液體密度計算滴下液滴的體積，然后求出密度V/r3或p數(shù)值，再從表C.9-2查出校正因子F數(shù)值，根據(jù)公式（7），算出表面張力。（四）數(shù)據(jù)記錄與處理：空瓶質(zhì)量： 22.79g瓶+液的質(zhì)量：25.91g29滴液滴質(zhì)量：25.91g-22.79g-3.12g平均每一滴質(zhì)量：3.12g/29-0.1076g溫度T=25.3°C毛細管外半徑：r=(38*0.02+0.7)/2cm=0.776cm/2=0.388cmV/r3=1.8458杳表，然后用類比法得：F"0.2651mg Fmgr— —由公式 2rf(V/r3) r 可知：Y=0.07203N/m（五）思考與分析1、毛細管升高法中,毛細管傾斜、彎曲,管體大小不等會不會影響水柱上升高度?如果管內(nèi)有污漬會怎樣影響實驗結果?答：因為Y=Pghr/2，而Y、p、g均為定值，則水柱高度h的大小由毛細管半徑r決定，管體粗細不均勻或管體大小即r的變化會使結果發(fā)生變化;毛細管傾斜彎曲對實驗結果無影響。如果管內(nèi)有油污，油污會在管壁上與水相遇，使水表面的物理性質(zhì)發(fā)生變化，改變了水表面張力系數(shù)，使得水柱高度發(fā)生變化，致使實驗結