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產(chǎn)品型號：DMPY-2C

產(chǎn)品編號：DMPY-2C

表面張力的測定

一、實驗原理：

1.氣泡壓力法測定表面張力（裝置如下圖所示）：

其中，毛細管的玻璃管，與液面相切。毛細管中大氣壓為P0。試管中氣壓為P，當打開活塞時，水流出，體系壓力P逐漸減小，逐漸把毛細管液面壓至管口，形成氣泡。當氣泡在毛細管口逐漸長大時，其曲率半徑逐漸變小，氣泡達時便會破裂。此時氣泡的曲率半徑最小，即等于毛細管半徑r，氣泡承受的壓力差也△P=P0-P=2γ/r

此壓力差可由壓力計D讀出，故γ =r△P/2

若用同一支毛細管測兩種不同液體，其表面張力分別為γ1、γ₂，壓力計測得壓力差分別為△P1、△P2則：     

γ1/γ2=△P1/△P2

若其中一種液體的γ已知，例如水，則另一種液體的表面張力可由上式求得。

2．毛細管身升高法（裝置如下圖所示）：

毛細管法測定表面張力儀器        毛細管表面張力示意圖

當一根潔凈的，無油脂的毛細管浸進液體，液體在毛細管內(nèi)升高到h高度。在平衡時，毛細管中液柱重量與表面張力關系為：2πσrcosθ=πr²gdh

σ=gdhr/2cosθ                （1）

如果液體對玻璃潤濕，θ=0，cosθ=1（對于很多液體是這樣情況），則：

σ=gdhr/2                      （2）

式中σ為表面張力；g為重力加速度；d為液體密度；r為毛細管半徑。

     上式忽略了液體彎月面。如果彎月面很小，可以考慮為半球形，則體積應為：

πr³ -2/3 πr³ =1/3πr³

從（2）可得：σ=gdr/2（h+1/3r）      （3）

更精確些，可假定彎月面為一橢圓球。（3）式應變?yōu)椋?/span>

σ=gdhr/2（1+1/3（r/h）-0.1288（r/h）²+0.1312（r/h）³）   （4）

3. 滴重法（裝置如右圖所示）：

從圖中可看出，當達到平衡時，從外半徑為r的毛細管滴下的液體重量應等于毛細管周邊乘以表面張力，即：mg=2πσr         （5）

式中m為液滴質(zhì)量；r為毛細管外半徑；σ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=2πσr f（v/r³）        （6）

σ＝mg/(2πσf（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：詳見 /product_view.asp?id=73

配置：DMPY-2C 型氣泡法表面張力測定教學試驗儀，表面張力專用玻璃，HK-2A型超級恒溫水浴，電腦，打印機，配套使用南京大學應用物理研究所表面張力測定軟件。表面張力測定裝置一套；恒溫水槽一套；洗耳球一個；5ｍL、2ｍL移液管各一支；8個25ｍL容量瓶；無水乙醇，正丁醇，環(huán)己烷。約25厘米長、0.2毫米直徑的毛細管；讀數(shù)顯微鏡；小試管；25⁰C恒溫槽。毛細管（末端磨平）；稱量瓶。

技術參數(shù)：量程：-10kPa- +10 kPa，分辨率：1 Pa ，精確度：0.1%

三、實驗步驟：

（一）氣泡壓力法

1、   將恒溫水槽溫度調(diào)至（25±0.1）℃ 。

2、   在已洗凈的表面張力測定管中裝入適量的蒸餾水，使毛細管口與液面恰好相切，注意使測定裝置垂直放置。放入恒溫水槽中約5-8min，然后將其接入系統(tǒng)，檢驗系統(tǒng)不漏氣，膠管內(nèi)不得有水。將滴液漏斗內(nèi)裝滿水，打開活塞，水慢慢滴出，使體系減壓。當減至一定程度，即有氣泡逸出，使氣泡形成的時間不少于5秒。當氣泡剛好脫離管口的瞬間，讀取數(shù)字壓力計顯示的值，連續(xù)測三次，取其平均值。

3、   用同樣的方法測定無水乙醇，正丁醇，環(huán)己烷的表面張力。每次更換溶液時都要用待測液洗滌包細管內(nèi)壁及試管2-3次。注意保護毛細管口，不要碰損。

（二）毛細管升高法：

將毛細管洗凈、干燥，于小試管中傾入被測液，按圖裝好，置于恒溫槽中恒溫。通過X管慢慢地將空氣吹入試管中，待毛細管中液體升高后，停止吹氣并使試管內(nèi)外壓力相等。待液體回到平衡位置，用度數(shù)顯微鏡測量其高度h。測定完畢后從X管吸氣，降低毛細管內(nèi)液面，停止吸氣并使管內(nèi)外壓力相等，恢復到平衡位置測量高度。如果毛細管潔凈，則兩次測量的高度應相等，否則應清洗毛細管。

高度h測定后，可用下述兩個方法測定毛細管半徑：（a）用已知表面張力的液體測定毛細管升高h。然后利用（2）或（3）、(4)式計算出毛細管半徑r。（b）于毛細管中充滿干凈的汞，測定毛細管中不同長度下汞的重量。根據(jù)該長度下汞重量數(shù)據(jù)及汞的密度可以算出該段毛細管的平均半徑。

（三）滴重法：

按圖裝好儀器，把待測液體充滿毛細管，并調(diào)節(jié)液位使液滴按一定時間間隔滴下。在保證液滴不受震動的條件下用稱量瓶搜集25—30滴稱重（對揮發(fā)性液體把滴下的液體加以冷卻）。用顯微鏡測量毛細管的外徑。

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、   毛細管要求出泡均勻，內(nèi)徑不可太粗，否則誤差太大。毛細管頭部必須平整光滑，不沾油污，以免出泡不均勻。

3、   測定表面活性劑溶液時，溶液要沿管壁慢慢加入，防止大量氣泡。測定時也應放掉一些氣泡后，才讀出壓力差，不能讓泡沫在液面上過多堆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管，保持毛細管與樣品管所測液濃度一致。

6、   讀取壓力計的壓差時，應取氣泡單個逸出時的壓力差。

7、   用吸耳球洗毛細管時，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t＝25.0^oC,其對應的蒸餾水的表面張力為: σ=71.97×10^-3N/m

(1) 氣泡壓力法

2、毛細管升高法：彎月面很小，可以考慮為半球形，則體積應為：

πr³ -2/3 πr³ =1/3πr³

可得：σ=gdr/2（h+1/3r）     其中 g=9.8N/Kg

由水(密度d=1000Kg/m³)的表面張力計算r,可得r=0.08263cm

3. 滴重法: mg=2πσr

可得r=mg/(2πσ)   由水的表面張力可得r=0.08501cm

六、實驗結(jié)論（如上面的表格所示）   

七、討論要點——產(chǎn)生誤差的原因

<一>、氣泡壓力法：

實驗結(jié)果表明，運用單一毛細管插入液面以下一定深度進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)毛細管端面正好與液面相切的缺點，又能保證實驗結(jié)果的準確性．具有操作簡單、快速、準確度高等優(yōu)點．對于物質(zhì)不同溫度下的表面張力數(shù)據(jù)的準確獲得，具有較好的推廣應用價值．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．   結(jié)合本實驗的結(jié)果，討論產(chǎn)生誤差的原因．

本實驗產(chǎn)生誤差的原因主要有以下幾個方面

（1）       垂直相切沒調(diào)好

（2）       讀高度差時誤差較大

2．   本實驗在測定折射率時，如不恒溫，對實驗結(jié)果有何影響?

因折射率與溫度有關，所以如果不恒溫將使得測量不準確。

3．   本實驗裝置及實驗步驟還需如何改進，提出你的看法。

應有自動壓力計來讀取壓力，同時采用計算機程序處理數(shù)據(jù)。

<二>毛細管升高法：

毛細管插入深度對氣泡壓力的影響：從測試結(jié)果看,不同的h對應不同的靜壓力。結(jié)果表明：表面張力的大小與毛細管插入深度有關。溫度對表面張力的影響：溫度升高，表面張力一般會下降。

實驗結(jié)果表明，運用單一毛細管插入液面以下一定深度進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)毛細管端面正好與液面相切的缺點，又能保證實驗結(jié)果的準確性．具有操作簡單、快速、準確度高等優(yōu)點．對于物質(zhì)

不同溫度下的表面張力數(shù)據(jù)的準確獲得，具有較好的推廣應用價值．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

<三>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，

八、參考文獻：

南京大學出版社：物理化學實驗   復旦大學物化教學實驗   山東大學物化教學實驗

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