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1、表面張力的測定,最大氣泡壓力法、滴重法、毛細(xì)管升高法 胡剛 田雄 王文熙,,摘要:利用已知蒸餾水的表面張力,通過最大氣泡壓力法、滴重法、毛細(xì)管升高法測定十二烷基硫酸鈉的表面張力。,實驗原理,1.最大氣泡壓力法測定表面張力(裝置如下圖所示):,,其中,B是管端為毛細(xì)管的玻璃管,與液面相切。毛細(xì)管中大氣壓為P0。試管A中氣壓為P,當(dāng)打開活塞E時,C中的水流出,體系壓力P逐漸減小,逐漸把毛細(xì)管液面壓至管口,形成氣泡。當(dāng)氣泡在毛細(xì)管口逐漸長大時,其曲率半徑逐漸變小,氣泡達(dá)最大時便會破裂。此時氣泡的曲率半徑最小,即等于毛細(xì)管半徑r,氣泡承受的壓力差也最大P=P0-P=2/r 此壓力差可由壓力計D讀出,故
2、 =rP/2 若用同一支毛細(xì)管測兩種不同液體,其表面張力分別為1、2,壓力計測得壓力差分別為P1、P2則: 1/2=P1/P2 若其中一種液體的已知,例如水,則另一種液體的表面張力可由上式求得。,2毛細(xì)管身升高法(裝置如下圖所示):,當(dāng)一根潔凈的,無油脂的毛細(xì)管浸進(jìn)液體,液體在毛細(xì)管內(nèi)升高到h高度。在平衡時,毛細(xì)管中液柱重量與表面張力關(guān)系為:2rcos=r2gdh =gdhr/2cos (1) 如果液體對玻璃潤濕,=0,cos=1(對于很多液體是這樣情況),則: =gdhr/2 (2) 式中為表面張力;g為重力加速度;d為液體密度;r為毛細(xì)管半徑。 上式忽略了液體彎月面。如
3、果彎月面很小,可以考慮為半球形,則體積應(yīng)為: r3 -2/3 r3 =1/3r3 從(2)可得:=gdr/2(h+1/3r) (3) 更精確些,可假定彎月面為一橢圓球。(3)式應(yīng)變?yōu)椋?=gdhr/2(1+1/3(r/h)-0.1288(r/h)2+0.1312(r/h)3) (4),3.滴重法(裝置如下圖所示),從圖中可看出,當(dāng)達(dá)到平衡時,從外半徑為r的毛細(xì)管滴下的液體重量應(yīng)等于毛細(xì)管周邊乘以表面張力,即:mg=2r (5) 式中m為液滴質(zhì)量;r為毛細(xì)管外半徑;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
4、大小是v/r3的函數(shù),即由f(v/r3)所決定(其中v是液滴體積)。(5)式變?yōu)閙g=2r f(v/r3) (6) mg/(2f(v/r3))=Fmg/r (7) 式(7)中的F是校正因子。如果測得滴下液滴體積及毛細(xì)管外徑,就可從表中查出校正因子F的數(shù)值。,,二、儀器和試劑:,表面張力測定裝置一套; 洗耳球一個; 5L、2L移液管各一支; 8個25L容量瓶; 無水乙醇,正丁醇,環(huán)己烷。 約25厘米長、0.2毫米直徑的毛細(xì)管; 讀數(shù)顯微鏡;小試管; 250C恒溫槽。 毛細(xì)管(末端磨平); 稱量瓶。,三、實驗步驟,(一)毛細(xì)管升高法: 1.將毛細(xì)管洗凈、干燥,于小試管中傾入被測液,按圖裝好。將
5、毛細(xì)管與液面相切,待毛細(xì)管中液體升高后,使試管內(nèi)外壓力相等。待液體回到平衡位置,測量其高度h。重復(fù)幾次取平均值。 2.高度h測定后,可用下述方法測定毛細(xì)管半徑:用已知表面張力的液體測定毛細(xì)管升高h(yuǎn)。然后利用(2)或(3)、(4)式計算出毛細(xì)管半徑r。 (二)滴重法: 1. 一次滴3滴溶液與小燒杯中,稱其重量,去平均值。 2.從液滴重量及液體密度計算滴下液滴體積。然后求出v/r3數(shù)值,從表中查出校正因子F數(shù)值。根據(jù)(7)式求出表面張力。,四、注意事項:,1.打開滴液漏斗的活塞時要求使氣泡盡可能慢的鼓出。 2.毛細(xì)管要求出泡均勻,內(nèi)徑不可太粗,否則誤差太大。毛細(xì)管頭部必須平整光滑,不沾油污,以免出
6、泡不均勻。 3.測定表面應(yīng)放掉一些氣泡后,才讀出最大壓力差,不能讓泡沫在液面上過多堆活性劑溶液時,溶液要沿管壁慢慢加入,防止大量氣泡。測定時也積影響溶液和形成的壓力差。 4.儀器系統(tǒng)不能漏氣。 5.毛細(xì)管必須干凈,保持垂直,其管口剛好與液面相切每次測量前用待測液洗滌毛細(xì)管,保持毛細(xì)管與樣品管所測液濃度一致。 6.讀取壓力計的壓差時,應(yīng)取氣泡單個逸出時的最大壓力差。 7.用吸耳球洗毛細(xì)管時,要打開活塞。,五、數(shù)據(jù)處理:,1.查出實驗溫度下水的表面張力,求出各溶液濃度的表面張力值并列出實驗數(shù)據(jù)(如下表):實驗溫度t23.5oc,其對應(yīng)的蒸餾水的表面張力為: =7.228X10-2N/m (1).最
7、大泡壓法,2、毛細(xì)管升高法,3. 滴重法,六.誤差分析,、最大氣泡壓力法: 實驗結(jié)果表明,運用單一毛細(xì)管插入液面以下一定深度進(jìn)行溶液表面張力測定,它既能夠克服氣泡逸出不穩(wěn)定,難以調(diào)節(jié)毛細(xì)管端面正好與液面相切的缺點,又能保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性具有操作簡單、快速、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點對于物質(zhì)不同溫度下的表面張力數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確獲得,具有較好的推廣應(yīng)用價值此外,還可通過某溶液兩溫度時的表面張力,測定另一溫度時溶液的密度 結(jié)合本實驗的結(jié)果,討論產(chǎn)生誤差的原因 垂直相切沒調(diào)好 因折射率與溫度有關(guān),所以如果不恒溫將使得測量不準(zhǔn)確。,,毛細(xì)管升高法: 毛細(xì)管插入深度對氣泡壓力的影響:從測試結(jié)果看,不同的h對應(yīng)不同的靜壓力
8、。結(jié)果表明:表面張力的大小與毛細(xì)管插入深度有關(guān)。溫度對表面張力的影響:溫度升高,表面張力一般會下降。 不同溫度下的表面張力數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確獲得,具有較好的推廣應(yīng)用價值此外,還可通過某溶液兩溫度時的表面張力,測定另一溫度時溶液的密度 1毛細(xì)管放置是否豎直及干凈程度對實驗會帶來誤差 2讀數(shù)誤差大,滴重法: 1每次滴下的液滴不是一整滴,而是液滴的一部分,由此帶來很大的誤差 2不同種類液體的液滴揮發(fā)程度不同,從而對質(zhì)量的測定帶來誤差。,七.結(jié)果分析,從數(shù)據(jù)上看三種方法的結(jié)果都差不多,準(zhǔn)確度都很好,數(shù)值上的差異也不大。這就說明一個道理做同樣的事情的方法不是單一的,用不同的方法也會收到同樣的結(jié)果。也就是常說的條條道路通羅馬。,