实验d9 液体的表面张力测定.docx

实验D-13滴重法测定液体的表面张力实验目的用滴重法测量液体的表面张力，学会用校正因子表，迭代计算毛细管的半径。实验原理当液体在滴重计（滴重计市售商品名屈氏粘力管）口悬挂尚未下滴时：2 兀 P = mgr：若液体润湿毛细管时为外半径，若不润湿时应使用内半径。：液体的表面张力。m：液滴质量（一滴液体）。g；重力加速度，当采用厘米.克.秒制时为981cm / S2但从实际观察可知，测量时液滴并未全部落下，有部分收缩回去，故需对上式进行校正:2兀 2 f = m' gm为滴下的每滴液体质量（用分析天平称量）。f称为哈金斯校正因子，它是r / vi/3的函数；v是每滴液体的体积；可由每滴液体的质 量除液体密度得到。在上式中r和f是未知数，可采用已知表面张力的液体（如蒸馏水） 做实验，采用迭代法得到：设每滴水质量为m，体积为v；先用游标卡尺量出滴重计管端的外直径D；可得半 径r0；用ro作初值；求得r0/ vi/3；查哈金斯校正因子表（插值法）得f用水的表面 张力b和代入2兀2 f1 = m' g ；求的第一次迭代结果ri；再由r/vw查表得f2 ；再代 入：2兀rf2 = m'g求得第二次迭代值r2，同法再由r2/ vi/3代入查表求f3，这样反复迭代 直至相邻两次迭代值的相对误差：|（孔孔）/ r, |Weps （eps表示所需精度，如 1%。）这时的r就是要求的结果，记录贴在滴重管上的标签上，半径就标定好了。求得半径r后，对待测液体只要测得每滴样品重和密度，就可由r/ vi/3查表得f ；由：2兀Pf=m' g就可求得样品的表面张力。哈金斯校正因子表r/V1/3fr/V1/3fr/V1/3f0.001.00000.750.60321.3250.6560.300.72560.390.60001.350.6520.3；0.70110.850.59931.300.6400.400.68280.900.59991.350.6230.450.66690.950.60341.400.6030.500.65151.000.60981.450.5930.550.63621.250.61791.500.5670.600.62501.100.62801.550.5510.650. 61711. 150.64971.600.5350.700.60931.300.6535纯水的表面张力见最大泡压法实验；水和酒精的密度数据见恒温技术与粘度实验。仪器与药品屈氏粘力管一根。测液体比重用比重瓶一个。游标卡尺一根（公用）50ml和100ml烧 杯各一个。酒精，表面活性剂溶液（每组一个，实验室编好号）。实验步骤1. 用游标卡尺测量滴重计的外半径。测量酒精从上刻度到下刻度滴下液滴的总质量W和滴数 n。，算出每滴酒精的重量。2. 剩余的酒精倒入回收瓶，烘干滴重计，冷却后同法测量纯水的从上刻度到下刻度的总质量 W和滴数n。迭代法求得滴重计的半径。把多余的蒸馏水倒掉，3. 把滴重计用待测溶液（样品）荡洗数次后，用此溶液测量从上刻度到下刻度滴下液滴的总 质量W和滴数n。计算该待测表面活性剂溶液的表面张力。4. 测量此待测溶液的比重（方法见实验后附录中比重瓶法）实验数据处理酒精待测样品（表面活性剂溶液）每滴水重量（克）样品编号每滴酒精重量（克）比重(克/ cm3)滴重计校正半径r=(cm)每滴样品重量（克）酒精表面张力b =(dyne/cm)样品表面张力b =(dyne/cm)思考题1. 在本实验中，为什么先按排测量酒精，测量后不洗直接烘干，再测纯水。而测表面 活性剂水溶液时，只用溶液荡洗而不再烘干。2. 用滴重法测量表面张力时为什么要做校正，能否用游标卡尺测量r，直接代入公式 计算。3. 本方法也能用于测量液液界面张力，请考虑应如何测量。（提示：要考虑浮力影响）附录：（1）常用表面张力测量方法吊环法（Ring Method）：是厂矿企业常用测试方法。仪器有商品供应，测量的平衡性能 不太好，仪器本身缺乏恒温装置，测量结果和其它方法差别较大，其优点是操作简单（因其 结构主要是一个扭力天平，见图D13-2和图D13-3）还可以测液一液界面张力，实验时把一个 半径r的伯丝制成的环与液面接触后再慢慢上拉。（用样品皿托架下螺旋转动）而形成一个 内径R，外径为R十2r的环形液柱，R=R-r。设向上的力为W，当平衡时， W=2兀R'。+ 2兀（R' + 2r ） b因为R=R十r故上式可改写为：b = W/ （4兀R）因为伯丝环悬挂在扭力天平一臂上，所以W大小可以从扭力天平读出，在出厂时，扭力 天平刻度盘上已直接标上表面张力量度大小，故可直接读出表面张力大小。图D13-ZI吊环法受力示意图滴重法（drop weight method）滴重法是测表面张力的常用方法，图D13-1为商品生产的滴重计（Stalagmometer）。其底部相当光滑平整，该方法如实验数据经过校正，获得表面张力较准确，方法的平衡性能和数据重复性较好。其简化改进法有滴体积法。吊板法（Wilhelmy plate method）吊板法又称吊片法，在文献中也用，其平衡 性能也很好，常用的有ST 一 1型表面张力仪。原理见图D13-4.它的基本结构为在一自动扭 力天平上挂一巳知重量为W的矩形吊板（毛玻 璃制成），设其平行于液面的截面矩形长为x， 宽为y，（y实际上是吊板的厚度），则该矩形 周长为2（x十y），当平衡时，向上的力设为W， 则上W'-W=2（x十y）b W可从自动扭力 天平上读出，x， y，w已知，从而可知道b。， 实际上从仪器上b读数可直接知道大小，无需作上述计算。不同的吊板可通仪器上的校正旋 扭校正。仪器本身附有超级恒温槽，并可测量接触角和液液界面张力。该方法操作方便，迅速。具体参阅 Adamson “Physical Chemistry of Surface”）。附录：（2）液体和粉末固体的比重测定测定液体密度的主要方法有比重瓶法（或比重管法）、比重天平（又称韦氏天平法）、比重计 法。现分别介绍如下： 比重瓶法（图D13-5）将比重瓶和中间有毛细孔的比重瓶塞依次用洗液和蒸馏水洗干净，烘干在分析天平上 （连瓶塞一起）称重，其重量为W，然后加入纯水（蒸馏水），注意不要有气泡混入，盖上瓶 塞，使水沿毛细管溢出，将比重瓶小心浸入恒温槽中（恒温槽预先调至t°C），约15分钟热 平衡后，取出比重瓶。用滤纸吸干毛细管溢出的液体，并将比重瓶外壁擦干。在分析天平上 称重为Wl，则水重为WlW，将比重瓶中蒸馏水倒掉，烘干，同法加入待测液体，置于恒 温槽中平衡后取出擦干外壁，称重为W，则待测液体重WW。比重瓶容积为（WlW ） /"， d4t为水在tC时相对于4C水的密度。4待测液体在t C时密度为（W-W'）/（w1-W'）d t 4重使用的比重瓶 比重天平（又称韦氏天平）法。它具有一个标准体积的测锤，浸于液体中获得浮力而使横梁失去平衡，从而迅速测出 液体的密度。它比比重瓶法准确度差，但测定简单快速，其读数也能达小数后4位，测定手 续如下.（a）把天平托架，横糅装好后，将等重砝码挂于横糅右端小钩上，调节水平螺丝，使横 糅与支架指针尖在同一水平线，以示平衡，如调不平衡，先将平衡器小螺钉松开，然后略转 动平衡调节器.直至平衡，然后旋紧定位螺钉。（b）将等重法码取下，换上整套测锤，此时应保持平衡，但允许有0. 0005的误差存在。如果天平灵敏度过高，则将灵敏度调节器降低，反之旋高。通常不必进行此项调节。（c）将待测液体放入玻璃筒内，将测锤全部浸入待测液体中央，这时横糅失去平衡，在 横糅V型槽内和小钩上加放各种骑码，使之平衡.从横糅骑码重可知液体密度，由于测锤排 液重5mg，天平砝码共有5g，500mg，50mg和5mg四种.，因此将5g砝码挂在横糅第十位（小 钩上）则读数为1，骑在第九位上则为0. 9余类推.同样500mg砝码挂在小钩上为0.lg，50mg 挂在小钩上为0.01等等，读数时，从骑在各V型槽上砝码读数，则测量结果相应后移一位。 比重计法在工业上常用测定液体密度的方法为比重计法，比重计有多根一套，每一根比重计上附 有刻度，根据比重大小不同，选择其中一根直接插入液体即可读数，它的误差比前述方法要粉末固体密度测量要复杂一点，因颗粒状固体堆起来外观体积（V堆）为颗粒之间的孔隙大一些。（V隙）颗粒内部的孔所占体积（V孔）以及颗粒骨架所具有体积（V真）之和。因此对质量为m的颗粒状固体，' V堆=V隙十V孔十V真也有三种密度定义：堆密度Po=m/V堆；假密度pP=m /（V孔+V真）;真密度Pt=m / V真：真密度（假定固体颗粒没有与颗粒表面不通的孔隙）的测定：所用仪器如图D13-5所示.操作步骤如下：（a）在分析天平上准确称量比重瓶（图D13-5）连接 管及瓶塞的总重量（注意均应洗净烘干），重量为A。（b）使比重瓶装满水（如果被测固体遇水会膨胀或溶 解，可改用有机溶剂如甲苯）用吸管吸去或加入水（此步 应在恒温后做）使液面维持在刻度处，然后取出用布擦干 外壁，称得重量B。（c）将液体倒出，烘干，装入已烘干的固体试样，塞好瓶塞，称得重量C。（d）把比重瓶和双向旋塞（见图D13-5b）装好，旋转旋塞使与真空系统相通，抽20s30 分钟（必要时可加热），转动旋塞由漏斗加入液体（注意不能漏入空气）。待试样全部被液体浸 没后，取走旋塞，接上连接管，添加液体至刻度，置于恒温浴中恒温后，调整液面至刻度处， 再称重得重量D.贝填密度pjp（CA） / （B十C-A-D）式中p为所用液体在实验温度下密度，它可用前述 液体密度测量法由实验测得，如果液体纯度高，也可从手册查得。注：比重和密度在物理上 概念虽不相同，但两者在数值上却是相等的.