表面张力的测定

C.9表面张力的测定液体表面张力的测定，对于了解物质体系性质，溶液表面结构、分子间相互作用（特别是表面分子相互作用），提供了一种很有用的方法；它还可用来帮助了解润湿、去污、悬浮力等问题；可以来帮助计算等张比容，工业设计中用来帮助估算塔板效率等。下面用毛细管升高法和滴重法来测定液体表面张力。一、毛细管升高法（一）实验原理当一根洁净的、无油脂的毛细管插进液体，液体在毛细管内升高到h高度。在平衡时,毛细管中液柱重量与表面张力关系为Y9hh3Y9hh32tyrcos0=nra2gphy=gPhr

y=gPhr

2cos0式中：y为表面张力，g为重力加速度，P为液体密度，r为毛细管半径。对于洁净、无油脂的毛细管和水，接触角0"0,cos0=1,所以=gphr2可以考虑为半球形ra3=1-nra331）2）上式忽略了液体弯月面，如果弯月面很少，2nra3一n3则体积应为：由（2）式可得：11y=gpr(h+—r)TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"2 3更精确些时，可假定弯月面为一个椭圆球。(3)式变为:\o"CurrentDocument"1r r r4）y=gphr[l+—(-)一0.1288(-)a2+0.1312(-)a3]4）\o"CurrentDocument"3h h h二)实验仪器25cm长、0.5mm直径的毛细管，读数显微镜，小试管，尺子（三）实验步骤将毛细管洗净、干燥，于小试管中倾入被测液，按图装好。从管口慢慢将空气吹入试管中，待毛细管中液体升高后，停止吹气并使试管内外压力相等。待液体回到平衡位置，用尺子测量其高度h。重复一次，再次测量高度h,看是否一样，两次测量的高度应相等，否则应洗清毛细管从新测量。将毛细管浸入有色的高锰酸钾溶液中，然后用读数显微镜测毛细管的直径do（四）实验数据记录与处理温度T=25.30°CKMnO升咼h—3.82cmp=0.9980X103kg/m3HO升咼h-4.09cmop=0.9961X103kg/m3毛细管的半径r—(6X0.25+0.0025X83.0-2X0.25+0.0025X50.0)宁2-0.54125mm公式Y=l/2gpr(h+l/3r)将h与r数据代入可得：Y=0.1016N/m二、滴重法SC.9-2巔重法观定表面强贡仪塞图（一）实验原理：从图C.9-2中可以看出当到达平衡时，从外半径为r的毛细管滴下的液体质量，应等于毛细管周边乘以表面张力（或界面张力），即式中：m为液滴质量，r为毛细管半径，为表面张力，g为重力加速度。事实上，滴下来的仅仅是液滴的一部分。因此（5）式中给出的液滴是理想液滴。经实验证明，滴下来的液滴大小是的函数，即由 所决定（其中V是液滴的体积）。（5）式可以变为式（7）中的F称为校正因子。表C.9-2就可以查出因子F的数值表C.9-2滴重法校正因子FV/芒FV/代F000.1593.4330.258750000.1722.9950.26072500.1982.09290.264558.10.2151.55450.265724.60.22561.0480.261717.70.23050.8160.255013.280.23520.7290.251710.290.23980.5410.24308.1900.24400.5120.24416.6620.24790.4550.24915.5220.25140.4030.2559406530.2542二）实验仪器：毛细管（末端磨平），称量瓶，游标卡尺。（三）实验步骤：1•按图C.9-2装好仪器，把待测液体充满毛细管，并调节液位使液滴按一定时间间隔滴下，在保证液滴不受震动的条件下，用称量瓶收集25~30液滴称量2.用读数显微镜测量毛细管外半径。3•从液滴质量及液体密度计算滴下液滴的体积，然后求出密度V/r3或p数值，再从表C.9-2查出校正因子F数值，根据公式（7），算出表面张力。（四）数据记录与处理：空瓶质量： 22.79g瓶+液的质量：25.91g29滴液滴质量：25.91g-22.79g-3.12g平均每一滴质量：3.12g/29-0.1076g温度T=25.3°C毛细管外半径：r=(38*0.02+0.7)/2cm=0.776cm/2=0.388cmV/r3=1.8458杳表，然后用类比法得：F"0.2651mg Fmgr— —由公式 2rf(V/r3) r 可知：Y=0.07203N/m（五）思考与分析1、毛细管升高法中,毛细管倾斜、弯曲,管体大小不等会不会影响水柱上升高度?如果管内有污渍会怎样影响实验结果?答：因为Y=Pghr/2，而Y、p、g均为定值，则水柱高度h的大小由毛细管半径r决定，管体粗细不均匀或管体大小即r的变化会使结果发生变化;毛细管倾斜弯曲对实验结果无影响。如果管内有油污，油污会在管壁上与水相遇，使水表面的物理性质发生变化，改变了水表面张力系数，使得水柱高度发生变化，致使实验结