實(shí)驗(yàn)D-9 液體的表面張力測定(滴重法)

1、實(shí)驗(yàn)D-13滴重法測定液體的表面張力實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠玫沃胤y量液體的表面張力,學(xué)會用校正因子表，迭代計(jì)算毛細(xì)管的半徑。實(shí)驗(yàn)原理當(dāng)液體在滴重計(jì)（滴重計(jì)市售商品名屈氏粘力管）口懸掛尚未下滴時:r:若液體潤濕毛細(xì)管時為外半徑,若不潤濕時應(yīng)使用內(nèi)半徑。 s： 液體的表面張力. m：液滴質(zhì)量（一滴液體)。 g;重力加速度,當(dāng)采用厘米?？恕Ｃ胫茣r為 981cmS2但從實(shí)際觀察可知,測量時液滴并未全部落下,有部分收縮回去,故需對上式進(jìn)行校正： m'為滴下的每滴液體質(zhì)量（用分析天平稱量). f稱為哈金斯校正因子,它是rv1/3的函數(shù)；v是每滴液體的體積;可由每滴液體的質(zhì)量除液體密度得到.在上式中r和f是未知

2、數(shù)，可采用已知表面張力的液體（如蒸餾水）做實(shí)驗(yàn)，采用迭代法得到：設(shè)每滴水質(zhì)量為m,體積為v;先用游標(biāo)卡尺量出滴重計(jì)管端的外直徑D；可得半徑r0;用r0作初值；求得r0/ v1/3；查哈金斯校正因子表（插值法）得f1；用水的表面張力s和f1代入;求的第一次迭代結(jié)果r1；再由r1/ v1/3查表得f2 ;再代入：求得第二次迭代值r2，同法再由r2/ v1/3代入查表求f3 ,這樣反復(fù)迭代直至相鄰兩次迭代值的相對誤差：（ri1ri）/ rieps （eps 表示所需精度，如1）這時的r就是要求的結(jié)果，記錄貼在滴重管上的標(biāo)簽上，半徑就標(biāo)定好了。求得半徑r后，對待測液體只要測得每滴樣品重和密度,就可由r

3、/ v1/3查表得f；由： 就可求得樣品的表面張力。 哈金斯校正因子表rV 13frV 13frV 13f 0。00 0.30 0。3； 0。40 0。45 0。50 0。55 0.60 0。65 0。70 1.0000 0。7256 0。7011 0。6828 0.6669 0.6515 0.6362 0。6250 0。 6171 0。6093 0.75 0。39 0。85 0.90 0。95 1.00 1.25 1.10 1。 15 1。30 0。6032 0。6000 0。5993 0.5999 0。6034 0。 6098 0。6179 0。6280 0。6497 0.6535 1。3

4、25 1.35 1.30 1.35 1。40 1。45 1。50 1.55 1.60 0。656 0.652 0.640 0.623 0。603 0.593 0。567 0。551 0.535純水的表面張力見最大泡壓法實(shí)驗(yàn);水和酒精的密度數(shù)據(jù)見恒溫技術(shù)與粘度實(shí)驗(yàn)。儀器與藥品屈氏粘力管一根。測液體比重用比重瓶一個.游標(biāo)卡尺一根（公用)。50ml和100ml燒杯各一個.酒精，表面活性劑溶液（每組一個,實(shí)驗(yàn)室編好號）.實(shí)驗(yàn)步驟1.用游標(biāo)卡尺測量滴重計(jì)的外半徑。測量酒精從上刻度到下刻度滴下液滴的總質(zhì)量W和滴數(shù)n.，算出每滴酒精的重量.2。剩余的酒精倒入回收瓶，烘干滴重計(jì)，冷卻后同法測量純水的從上刻度到

5、下刻度的總質(zhì)量W和滴數(shù)n。迭代法求得滴重計(jì)的半徑。把多余的蒸餾水倒掉,3。把滴重計(jì)用待測溶液（樣品)蕩洗數(shù)次后,用此溶液測量從上刻度到下刻度滴下液滴的總質(zhì)量W和滴數(shù)n。計(jì)算該待測表面活性劑溶液的表面張力.4.測量此待測溶液的比重(方法見實(shí)驗(yàn)后附錄中比重瓶法）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理酒精待測樣品（表面活性劑溶液）每滴水重量 （克）樣品編號每滴酒精重量（克)比重（克/ cm3）滴重計(jì)校正半徑r= （cm）每滴樣品重量（克）酒精表面張力s = （dyne/cm）樣品表面張力s = （dyne/cm)思考題 1在本實(shí)驗(yàn)中,為什么先按排測量酒精,測量后不洗直接烘干，再測純水。而測表面活性劑水溶液時，只用溶液蕩洗而不

6、再烘干. 2用滴重法測量表面張力時為什么要做校正，能否用游標(biāo)卡尺測量r,直接代入公式計(jì)算。 3本方法也能用于測量液液界面張力,請考慮應(yīng)如何測量。（提示:要考慮浮力影響）附錄：（1) 常用表面張力測量方法吊環(huán)法（Ring Method):是廠礦企業(yè)常用測試方法。儀器有商品供應(yīng),測量的平衡性能不太好，儀器本身缺乏恒溫裝置，測量結(jié)果和其它方法差別較大，其優(yōu)點(diǎn)是操作簡單（因其結(jié)構(gòu)主要是一個扭力天平，見圖D13-2和圖D13-3）還可以測液一液界面張力，實(shí)驗(yàn)時把一個半徑r的鉑絲制成的環(huán)與液面接觸后再慢慢上拉。（用樣品皿托架下螺旋轉(zhuǎn)動）而形成一個內(nèi)徑R'，外徑為R十2r的環(huán)形液柱，R=Rr。設(shè)向上

7、的力為W,當(dāng)平衡時,W2pRs+ 2p（R+2r ）s 因?yàn)镽R十r故上式可改寫為：s = W/（4pR) 因?yàn)殂K絲環(huán)懸掛在扭力天平一臂上,所以W大小可以從扭力天平讀出，在出廠時,扭力天平刻度盤上已直接標(biāo)上表面張力量度大小,故可直接讀出表面張力大小。滴重法（drop weight method） 滴重法是測表面張力的常用方法，圖D13-1為商品生產(chǎn)的滴重計(jì)(Stalagmometer）.其底部相當(dāng)光滑平整，該方法如實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過校正，獲得表面張力較準(zhǔn)確,方法的平衡性能和數(shù)據(jù)重復(fù)性較好。其簡化改進(jìn)法有滴體積法。吊板法 （Wilhelmy plate method）吊板法又稱吊片法,在文獻(xiàn)中也用，其

8、平衡性能也很好，常用的有ST一1型表面張力儀.原理見圖D134.它的基本結(jié)構(gòu)為在一自動扭力天平上掛一巳知重量為W的矩形吊板(毛玻璃制成），設(shè)其平行于液面的截面矩形長為x,寬為y,（y實(shí)際上是吊板的厚度）,則該矩形周長為2（x十y），當(dāng)平衡時，向上的力設(shè)為W，則：WW2（x十y)·s W可從自動扭力天平上讀出,x，y，w已知，從而可知道s。，實(shí)際上從儀器上s讀數(shù)可直接知道大小，無需作上述計(jì)算。不同的吊板可通儀器上的校正旋扭校正。儀器本身附有超級恒溫槽，并可測量接觸角和液液界面張力。該方法操作方便，迅速。具體參閱Adamson“Physical Chemistry of Surface”

9、）.附錄：(2） 液體和粉末固體的比重測定 測定液體密度的主要方法有比重瓶法（或比重管法)、比重天平（又稱韋氏天平法）、比重計(jì)法。現(xiàn)分別介紹如下：比重瓶法(圖D13-5） 將比重瓶和中間有毛細(xì)孔的比重瓶塞依次用洗液和蒸餾水洗干凈,烘干在分析天平上（連瓶塞一起)稱重，其重量為W，然后加入純水（蒸餾水)，注意不要有氣泡混入,蓋上瓶塞,使水沿毛細(xì)管溢出，將比重瓶小心浸入恒溫槽中(恒溫槽預(yù)先調(diào)至t），約15分鐘熱平衡后，取出比重瓶。用濾紙吸干毛細(xì)管溢出的液體，并將比重瓶外壁擦干。在分析天平上稱重為Wl，則水重為WlW'，將比重瓶中蒸餾水倒掉，烘干，同法加入待測液體,置于恒溫槽中平衡后取出擦干外

10、壁，稱重為W,則待測液體重W-W。比重瓶容積為（WlW)d4t,d4t為水在t時相對于4水的密度。待測液體在t時密度為（WW'）/（w1W'）·d4t比重天平（又稱韋氏天平）法。 它具有一個標(biāo)準(zhǔn)體積的測錘,浸于液體中獲得浮力而使橫梁失去平衡,從而迅速測出 液體的密度.它比比重瓶法準(zhǔn)確度差,但測定簡單快速，其讀數(shù)也能達(dá)小數(shù)后4位,測定手續(xù)如下 （a）把天平托架，橫樑裝好后，將等重砝碼掛于橫樑右端小鉤上，調(diào)節(jié)水平螺絲,使橫樑與支架指針尖在同一水平線，以示平衡，如調(diào)不平衡，先將平衡器小螺釘松開，然后略轉(zhuǎn)動平衡調(diào)節(jié)器直至平衡，然后旋緊定位螺釘。 （b）將等重法碼取下，換上整套

11、測錘,此時應(yīng)保持平衡，但允許有00005的誤差存在。 如果天平靈敏度過高，則將靈敏度調(diào)節(jié)器降低，反之旋高。通常不必進(jìn)行此項(xiàng)調(diào)節(jié). (c)將待測液體放入玻璃筒內(nèi)，將測錘全部浸入待測液體中央，這時橫樑失去平衡，在橫樑V型槽內(nèi)和小鉤上加放各種騎碼，使之平衡從橫樑騎碼重可知液體密度，由于測錘排液重5mg，天平砝碼共有5g，500mg，50mg和5mg四種,因此將5g砝碼掛在橫樑第十位(小鉤上)則讀數(shù)為l，騎在第九位上則為09余類推同樣500mg砝碼掛在小鉤上為0.lg,50mg掛在小鉤上為0。01等等，讀數(shù)時,從騎在各V型槽上砝碼讀數(shù)，則測量結(jié)果相應(yīng)后移一位。比重計(jì)法在工業(yè)上常用測定液體密度的方法為比

12、重計(jì)法,比重計(jì)有多根一套，每一根比重計(jì)上附有刻度，根據(jù)比重大小不同，選擇其中一根直接插入液體即可讀數(shù),它的誤差比前述方法要大一些。粉末固體密度測量要復(fù)雜一點(diǎn)，因顆粒狀固體堆起來外觀體積（V堆）為顆粒之間的孔隙(V隙)顆粒內(nèi)部的孔所占體積(V孔）以及顆粒骨架所具有體積(V真）之和. V堆V隙十V孔十V真因此對質(zhì)量為m的顆粒狀固體，也有三種密度定義: 堆密度romV堆； 假密度rPm(V孔+V真); 真密度rtmV真： 真密度（假定固體顆粒沒有與顆粒表面不通的孔隙)的測定：所用儀器如圖D13-5所示 操作步驟如下： （a）在分析天平上準(zhǔn)確稱量比重瓶(圖D13-5)連接管及瓶塞的總重量（注意均應(yīng)洗凈烘干)，重量為A. (b）使比重瓶裝滿水（如果被測固體遇水會膨脹或溶解，可改用有機(jī)溶劑如甲苯)用吸管吸去或加入水(此步應(yīng)在恒溫后做)使液面維持在刻度處,然后取出用布擦干外壁，稱得重量B. （c）將液體倒出，烘干，裝入已烘干的固體試樣，塞好瓶塞，稱得重量C。 (d）把比重瓶和雙向旋塞（見圖D13-5b）裝好,旋轉(zhuǎn)旋塞使與真空系統(tǒng)相通，抽