实验D 9液体的表面张力测定滴重法

1、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： r :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：m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 /v1/3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

2、，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ro；用ro作初值；求得ro/ v 1/3;查哈金斯校正因子表（插值法）得 fi;用水的表面张力 和代入2 r f1 mg ；求的第一次迭代结果 r1 ；再由r v 查表得f2 ；再 代入：2 r f2 mg求得第二次迭代值r2,同法再由 Ev 1/3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：丨（ ri-1 -r i） / ri | eps （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

3、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/ v 1/3查表得f ;由：2 r f mg就可求得样品的表面张力。哈金斯校正因子表r / V 17 3f/1/3r / Vf/1/3r / Vf0.001.00000.750.60321.3250.6560.300.72560.390.60001.350.6520.3;0.70110.850.59931.300.6400.400.68280.900.59991.350.6230.450.66690.950.60341.400.6030.500.65151.000. 60981.450.5930.550.63621.250.61

4、791.500.5670.600.62501.100.62801.550.5510.650. 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

5、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 / cm 3)滴重计校正半径r=(cm)每滴样品重量（克）酒精表面张力(dyne/cm)样品表面张力=(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

6、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的铂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

7、W当平衡时，W= 2 R2（Rr ）因为R= R十r故上式可改写为：=W/ （4 R）因为铂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。 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

8、的有ST 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, 贝y： W-W= 2（x十y） W 可从自动扭 力天平上读出，x ,y ,w已知，从而可知道。，实际上从仪器上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 ”

9、）。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tC ），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WI,则水重为 Wl W,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

10、外壁，称重为VV则待测液体重 W W。比重瓶容积为（WI W ） /d,为水在t C时相对于4 C水的密度。待测液体在t C时密度为（W-W）/（w1-W） d4（ 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，横樑装好后，将等重砝码挂于横樑右端小钩上，调节水平螺丝，使横樑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

11、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，这时横樑失去平衡，在横樑V型槽内和小钩上加放各种骑码，使之平衡.从横樑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砝码挂在横樑第十位（小 钩上）则读数为I，骑在第九位上则为 0. 9余类推.同样500mg砝码挂在小钩上为 0g , 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

12、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 大一些。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（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。V堆=V隙十V孔十V真因此对质量为m的颗粒状固体，也有三种密度定义：珂瑙刀口国巩口液体比爭天平调节器谓节 堞钉支柱 固NY堆密度 。=m/V堆；假密度 P= m/（V孔+V真）;真密度 t = 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20s