技術(shù)文章 / Technical articles
處于液體表面的分子，由于受到不平衡的力的作用而具有表面張力。它的定義是在表面上垂直作用于單位長度上使表面積收縮的力，它的單位是mN·m－1。
表面張力
的測定方法很多，本實驗采用氣泡壓力法．圖1是氣泡壓力法測表面張力的裝置示意圖．將毛細管的端面與液面相切，液面即沿毛細管上升，打開抽氣瓶的活塞，讓水緩慢地滴下，使毛細管內(nèi)溶液受到的壓力比樣品管中液面上來得大．當此壓力差在毛細管端面上產(chǎn)生的作用力稍大于毛細管口液體的表面張力時，毛細管口的氣泡即被壓出，壓差的值可以從數(shù)字壓力計上讀出。
氣泡從毛細管口壓出時受到的壓力為ΔP， ΔP=
gΔh I—8.5
式中：Δh——壓力計兩臂的讀值差;
g——重力加速度；
ρ——壓力計內(nèi)液體的密度，
同時根據(jù)附加壓力計算公式 ΔP=
I—8.6
式中：σ——表面張力；
r ——毛細管半徑，
所以 
整理得 
I—8.7
對于同一支毛細管來說，式中K值為一常數(shù)，稱為毛細管常數(shù)，因此只要用表面張力已知的液體為標準．即可求得其它液體的
表面張力
．(本實驗是用20℃σ水=72.75×10-3N/m)
2.實驗部分
2.1儀器與試劑
氣泡壓力法表面張力測定儀一套，超級恒溫水浴一臺，乙醇(AR.)，環(huán)乙烷(AR.)
毛細管升高法測表面張力裝置一套，拉片法測定表面張力裝置一套。
2.2實驗步驟
2.2.1儀器常數(shù)測定
(1)超級恒溫水浴外循環(huán)水管與樣品管夾套相連，控制溫度為20℃．
(2)洗凈表面張力儀的各個部件，按圖裝好，樣品管內(nèi)裝入蒸餾水，通過液面調(diào)節(jié)閥 使樣品管的液面正好與毛細管端面相切．安裝時注意毛細管務必與液面相垂直．
(3)測定開始時，打開滴液漏斗活塞進行緩慢抽氣，使氣泡從毛細管口逸出，調(diào)節(jié)氣泡逸出速度以5～10秒一個為宜，讀出壓力計示數(shù)，重復讀三次，取其平均值．
2.2.2待測樣品表面張力的測定
(1)加入適量的樣品于樣品管中，用吸耳球打氣的辦法用待測樣品洗毛細管使毛細管中溶液與樣品管中的濃度一致．
(2)按測定儀器常數(shù)時的操作步驟，分別測定乙醇溶液和環(huán)乙烷的ΔP值．
2.2.3
實驗完后關(guān)閉超級恒溫水浴，用蒸餾水洗凈儀器，樣品管中裝好蒸餾水．并將毛細管浸入水中保存．
2.3數(shù)據(jù)記錄和處理：
2.3.1 氣泡壓力法測定表面張力數(shù)據(jù)處理：
|
|
P1(mmH2O) |
P2(mmH2O) |
P3(mmH2O) |
P均(mmH2O) |
T×10-3N·m-1 |
|
水 |
85.7 |
85.4 |
85.1 |
85.40 |
72.75 |
|
乙醇 |
32.2 |
32.2 |
32.3 |
32.23 |
27.46 |
|
正丁醇 |
29.5 |
29.4 |
29.4 |
29.43 |
25.07 |
實驗在20℃的超級恒溫水浴進行：
根據(jù)1-8.7式：
由于水的表面張力已知：
表面張力
系數(shù)T=72.75×10-3N·m-1
T乙醇 ＝P均(乙醇)/P均(水)*T＝27.46×10-3N·m-1
T正丁醇＝P均(正丁醇)/P均(水)*T＝25.07×10-3N·m-1
2.3.1 毛細管升高法
|
樣品 |
升高高度(cm) |
平均升高高度 (cm) |
表面張力系數(shù) (×10-3N·m-1) |
||
|
1 |
2 |
3 |
|||
|
水 |
2.2 |
2.2 |
2.3 |
2.23 |
72.75 |
|
乙醇 |
0.9 |
0.8 |
0.8 |
0.833 |
21.50 |
|
正丁醇 |
0.7 |
0.7 |
0.6 |
0.667 |
17.68 |
查表得到水在20℃下
表面張力系數(shù)T=72.75×10-3N·m-1
密度ρ=0.99823×103kg·m-3
重力加速度g=9.81m·s-2
根據(jù)式:
T=0.5ρgr(h1+r/3)
查表得到乙醇在20℃的密度ρ=0.78945×103kg·m-3
乙醇在20℃的表面張力系數(shù)T=21.50×10-3N·m-1
正丁醇在℃的密度ρ=0.81090×103kg·m-3
得到正丁醇在20℃的表面張力系數(shù)T=17.68×10-3N·m-1
2.3.3拉片法
所用的片面積：3.42cm*1.40cm
|
|
F1 |
F2 |
F3 |
F均 |
T |
|
水 |
0.484 |
0.4862 |
0.489 |
0.4864 |
72.75 |
|
乙醇 |
0.1583 |
0.1592 |
0.1612 |
0.1596 |
23.87 |
|
正丁醇 |
0.1744 |
0.1749 |
0.1757 |
0.1750 |
26.17 |
3.結(jié)果與討論
3.1 乙醇的表面張力系數(shù)理論值T=22.32×10-3N·m-1，正丁醇的表面張力系數(shù)T=24.60×10-3N·m-1，從實驗結(jié)果可以看出，氣泡壓力法測定的表面張力與文獻值有比較大的差距。造成的原因可能有毛細管沒有與液面相切，放置時沒有垂直液面，導致形成的氣泡壓力不穩(wěn)定無法穩(wěn)定測量。另外實驗測試的數(shù)據(jù)只有一組，偶然性質(zhì)太大，沒有更多的數(shù)據(jù)來進行對比，令我們無法判斷實驗是否正常進行。
3.2 毛細管升高法測量法的理論上的精度比較高，但在本次實驗并未表現(xiàn)其性。主要原因是沒有讀取毛細管升高高度的相應的儀器，導致人為的讀數(shù)誤差極大的影響了測量值。
3.3 拉片法測量值是理論值，但是實驗的偶然性太大，個人的操作好壞直接影響測量值，實驗的重現(xiàn)性差。
3.4 實驗中為了更好的進行比較忽略了溫度的影響，統(tǒng)一使用20攝氏度下的物質(zhì)各項數(shù)值，可能與實驗的實測值有一定的偏差。
4.參考文獻
[1][蘇]N C 拉甫羅夫主編.膠體化學實驗.趙振國譯，徐克敏校.北京:高等教育出版社，1992.19~20
[2]清華大學化學系物理化學編寫組.物理化學實驗.北京:清華大學出版社，1991.287
[3]武漢大學化學與分子科學學院編.物理化學實驗.武漢大學出版社,2002
[4]汪存信,宋昭華,屈松生.物理化學.武漢大學出版社,1997
