表面張力的測(cè)量方法

1、表面張力的測(cè)量方法液體表面張力測(cè)量在化學(xué)、醫(yī)藥、生物工程等領(lǐng)域具有重要意義，根據(jù)液體表面張力的大小可以確定表面活性并計(jì)算表面活性劑在溶液表面的吸附量；在合金液體體系中，借助于表面張力還可以評(píng)價(jià)金相組織及孕育效果等重要參數(shù)。目前，測(cè)量液體表面張力系數(shù)有毛細(xì)上升法、最大氣泡壓力法、液滴法等。1. 毛細(xì)上升法這個(gè)方法，研究的比較早，在理論和實(shí)際上都比較成熟。如圖1 所示，干凈的毛細(xì)管浸入液體內(nèi)部時(shí)，如果液體間的分子力小于液體與管壁間的附著力，則液體表面呈凹形。此時(shí)表面張力產(chǎn)生的附加力為向上的拉力，并使毛細(xì)管內(nèi)的液面上升, 直到液柱的重力與表面張力相平衡。圖1其中： 一液體的表面張力；r-毛細(xì)管的內(nèi)徑

2、；-接觸角；i和g-液體和氣體的密度；h-液柱的高度；g-當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取Ｔ趯?shí)際應(yīng)用中一般用透明的玻璃管，如果玻璃被液體完全潤濕, 可以近似的認(rèn)為= 0。毛細(xì)上升法是測(cè)定表面張力最準(zhǔn)確的一種方法，國際上也一直用此方法測(cè)得的數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用此方法時(shí)，要注意選擇管徑均勻, 透明干凈的毛細(xì)管，并對(duì)毛細(xì)管直徑進(jìn)行仔細(xì)的標(biāo)定；毛細(xì)管要經(jīng)過仔細(xì)徹底的清洗，毛細(xì)管浸入液體時(shí)要與液面垂直。2. 最大氣泡壓力法如圖2所示，向插入液體的毛細(xì)管輕輕的吹入惰性氣體 （如山等）。如 果選用的毛細(xì)管半徑很小，在管口形成的氣泡基本上是球形的。并且當(dāng)氣泡為半球時(shí)，球的半徑最小等于毛細(xì)管半徑r ；在其前后曲率半徑都比r 大

3、，如圖 2 所示。 當(dāng)氣泡為半球時(shí)，泡內(nèi)的壓力最大，管內(nèi)外最大壓差可由差壓 計(jì)測(cè)量得到。圖 2由于毛細(xì)管口位于液面下一定位置，氣泡內(nèi)外最大壓差P 應(yīng)該等于差壓計(jì)的讀數(shù)減去毛細(xì)管端面液位靜壓值。當(dāng)氣泡進(jìn)一步長大, 氣泡內(nèi)的壓力逐漸減小直到氣泡逸出。利用最大壓差和毛細(xì)管半徑即可計(jì)算表面張力:此方法與接觸角無關(guān)，裝置簡單，測(cè)定快速；經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)可以用于熔融金屬和熔鹽的表面張力測(cè)量。氣泡的生成速度以每秒鐘一個(gè)為宜，如果選用管徑較大，氣泡不能近似為球形，則必須進(jìn)行修正，可以用標(biāo)準(zhǔn)液體對(duì)儀器常數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。3. 滴重法如圖 3 所示，對(duì)于液體從很細(xì)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(dāng)

4、重量比表面張力稍大時(shí)，液滴就將落下來。圖 3設(shè)管口的半徑為r , 落下的液滴質(zhì)量為m ，其表面張力為，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間 , 加上對(duì)于模型的修正量，可得：其中 F 為與 r 有關(guān)的一個(gè)修正量，可以通過查表得到。此方法不僅可以測(cè)量氣-液界面張力，也可以測(cè)量液-液界面張力。應(yīng)用時(shí)常常用標(biāo)準(zhǔn)液體進(jìn)行標(biāo)定。在實(shí)驗(yàn)過程中可以利用一個(gè)測(cè)微計(jì)使液滴緩慢生長，然后測(cè)定落下液滴的質(zhì)量；并且此方法只能應(yīng)用于液滴很小的情況。4. 表面波法存在于液體表面的波動(dòng)稱為表面波。表面波非常常見，其波長從毫米( 毛細(xì)波 ) 到千米 ( 潮涌波 ) ，振幅從零點(diǎn)幾毫米到幾十米。表面波的性質(zhì)受到表面張力和重力的影響。當(dāng)表面波的波長

5、比較大( > 1 0mm) 時(shí)，重力起主要作用；當(dāng)表面波的波長比較小時(shí)( < 10mm )，表面張力起主要作用。由流體力學(xué)的知識(shí)可以知道:其中， f 是表面波的頻率，是表面波的波長，是液體密度。這種方法測(cè)量時(shí)間短、自動(dòng)化程度高，可以實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量和用于實(shí)時(shí)監(jiān)控的測(cè)量。其表面張力的測(cè)量精度主要取決于波長和頻率的測(cè)量精度。本文介紹了一些具有代表性的表面張力測(cè)量方法，并對(duì)其特點(diǎn)和應(yīng)用進(jìn)行了分析。從文中可以看到，隨著電子以及激光技術(shù)的發(fā)展越來越多的電子和激光技術(shù)被引入了表面張力的測(cè)試中，這不但提高了測(cè)試的精度和自動(dòng)化程度 , 同時(shí)也大大拓寬了測(cè)量范圍。參考文獻(xiàn)1 郭瑞 . 表面張力測(cè)量方法綜述J. 計(jì)量與測(cè)試技術(shù),2009,04:62-64.2 李艷紅 , 王升寶 , 常麗萍 . 表 ( 界 )面張力測(cè)定方法的研究進(jìn)展J. 日用化學(xué)工業(yè) ,2007,02:102-106.3 莊其仁 , 龔冬梅 , 陶海敏 , 范金友 . 液體表面張力激光快速測(cè)量法J. 光學(xué)精密工程 ,2007,05:662-667.4 章新友 . 液體表面張力系數(shù)測(cè)量的誤差分析與方法改進(jìn)J. 大學(xué)