滴體積法測定液體表面張力

滴體積法測定液體表面張力摘要:表面張力是液體的基本物化性質之一。采用自制的滴體積法實驗裝置,以蒸餾水的表面張力作為標準，通過計算得到相關參數，從而利用相關聯的參數測定和計算乙醇和異丙醇的表面張力。關鍵詞：滴體積法；表面張力；蒸餾水標準；關聯參數引言：表面張力是一種特殊的力，它是液體性質的一種表現。測定表面張力的方法有很多種，如毛細光上升法，滴體積法，最大氣泡法，吊片法等。滴體積發(fā)最早是由Tate于1864年提出，經過Harkins和Brown嚴密的數學推理和精確的實驗研究，得出了可將Tate定理應用與實際的校正系數。隨后Wilkson及吳樹森等人又將校正因子的范圍進一步拓寬，最終使滴體積法成為測液體表面張力的一種基本方法。實驗部分：實驗原理：液體在毛細管口成滴下落前的瞬間，落滴所受的重力與管口半徑及液體的表面張力有關。用公式表示為：Y=F?V?p?g/R其中V測出的液體體積，p為液體密度(g/mL)，g為重力加速度(98017cm1s-2),R為滴頭半徑，F為校正系數，它是為了校正液滴滴落過程中的變形和部分殘留的影響而引入的。經過實驗測定，校正系數是V/R3的函數，與待測液體表面張力，密度，粘度及滴管材料無關。校正系數與V/R3的經驗關系已用列表形式給出。曲線形狀見圖：0 2 4 6 8 10 12V/H號通過測定蒸餾水，得到V和P，然后通過書上查表得到相應的表面張力Y值，通過y=F?V?p?g/R關系式，得到校正系數F和針頭半徑R的關系式。然后又因為和V/R3的關系，通過查表，得到相應的使兩個關系式成立的R,然后帶入測定乙醇和異丙醇的公式中(因為整個實驗使用同一套裝置)，通過查表得相應V/R3對應的F，于是通過公式計算得到乙醇和異丙醇的表面張力。實驗儀器：橡膠管一根；移液管（ImL）—根；注射器針頭一個；小燒杯（50mL）；洗瓶一個；蒸餾水；無水乙醇；異丙醇。實驗過程：記錄當時的實驗溫度，依次查出相應的蒸餾水的密度和表面張力。連接儀器，將移液管和橡膠管和針頭依次相連，檢查裝置是否有漏。用蒸餾水潤洗，裝好蒸餾水，用小燒杯接液。開始滴液，變數滴數的同時，注意移液管的刻度。當到0.5mL時，停止，記下液滴數。在滴的過程中，保持滴數緩慢，不宜過快。同樣的，用乙醇潤洗三次，然后裝好乙醇，按照上述操作進行實驗。得到乙醇的數據。同理，測定異丙醇的數據。數據處理：（當時室溫：14°C, 對應的蒸餾水的表面張力y=73.64X10-3N?m-i）-項目物質蒸餾水乙醇異丙醇滴定體積（mL）0.50.50.5液滴數n—一46118113二46119114三46119113平均液滴數N46119113液滴體積（m3）1.086xi0-80.420x10-80.442x10-8密度P（kg/m3）998.8789.3785.1由y=F?V?p?g/R,將蒸餾水的數據帶入，得到:F■g/R=6.789x106雖然F與V/R3有關系，但是考慮到F值變化很小，近似取常數。所以將上述的值代入下面乙醇和異丙醇的求算當中。所以Y乙醇=F乙醇?V?p?g/R=0.420x10-8x789.3x6.789x106=22.51x10-3N?m-1Y異丙醇=F異丙醇?V?P?g/R=0.442x10-8x785.1x6.789x106=23.56x10-3N?m-i結果與討論1.蒸餾水表面張力的計算蒸餾水表面張力的計算公式為：Y水=V?P?g?FR式中：Y水一蒸餾水的表面張力，N/m;V—水滴的體積,m3;p一蒸餾水的密度,kg/m3;g—重力加速度常數,9.81N/kg;F—校正因子。計算表面張力時，所用校正因子F需要根據V/R3查表得到，使用比較繁瑣，為此本實驗采用近似處理，當F為一常數。2．滴管滴頭半徑的測量及設想滴管滴頭半徑R的準確測量是應用滴體積法的前提之一，在以前的方法中滴管滴頭半徑一般是用顯微測量裝置測得，不僅對設備有一定要求，而且準確性也值得商榷，本文編寫的計算機程序有效地解決了這一問題。滴管滴頭半徑的計算涉及到校正因子F，校正因子是前人通過精確的實驗與數學分析方法建立的經驗據，以后又經過一系列改進和補充，逐步得出了現在的方便而完全的校正因子。F與V/R3有關,v/R3在i.219?2.637之間時，校正項的實驗誤差在0.10%以內在0.865?10.29之間時，誤差在0.20%以內。所以，校正因子的數值是比較可靠的,可以通過它反過來推算滴頭半徑R的數值。提出設想，取待測滴頭半徑的滴管，恒溫10°C下用蒸餾水緩慢的滴落10滴，計算一滴水的平均體積為0.05202mL,再由10C時蒸餾水的密度和表面張力數據可得F=?R用計算機編程求取不同R值時的V/R3值和由上式計算得F值，找到最接近于F因子數據表中的一組，則對應的R即為所測量的滴頭半徑。但是由于沒有足夠的數據文獻。本實驗計算采用近似取F對于水，乙醇和異丙醇為一個常數計算，所以難以避免有一定誤差。參考文獻：[1]曾鐵.有關表面張力的幾個問題[J].中學物理教學參考，1994，(3):15216.[2]于軍勝，唐季安.表 (界)面張力測定方法的進展[J].化學通報，1997，(11):11215