滴体积法测定液体表面张力

滴体积法测定液体表面张力

摘要:表面张力是液体的基本物化性质之一。采用自制的滴体积法实验装置，

以蒸馏水的表面张力作为标准，通过计算得到相关参数，从而利用相关联的参数测定和计算乙醇和异丙醇的表面张力。

关键词：滴体积法；表面张力；蒸馏水标准；关联参数

引言：表面张力是一种特殊的力，它是液体性质的一种表现。测定表面张力的方法有很多种，如毛细光上升法，滴体积法，最大气泡法，吊片法等。滴体积发最早是由Tate于1864年提出，经过Harkins和Brown严密的数学推理和精确的实验研究，得出了可将Tate定理应用与实际的校正系数。随后Wilkson及吴树森等人又将校正因子的范围进一步拓宽，最终使滴体积法成为测液体表面张力的一种基本方法。

实验部分：

实验原理：

液体在毛细管口成滴下落前的瞬间，落滴所受的重力与管口半径及液体的表面张力有关。用公式表示为：

γ=F・V・ρ・g/R

其中V测出的液体体积，ρ为液体密度(g/mL)，g为重力加速度( 98017cm1s-2)，R为滴头半径，F为校正系数，它是为了校正液滴滴落过程中的变形和部分残留的影响而引入的。经过实验测定，校正系数是V/R3的函数，与待测液体表面张力，密度，粘度及滴管材料无关。校正系数与V/R3的经验关系已用列表形式给出。曲线形状见图：

通过测定蒸馏水，得到V和ρ，然后通过书上查表得到相应的表面张力γ值，通过γ=F・V・ρ・g/R关系式，得到校正系数F和针头半径R的关系式。然后又因为和V/R3 的关系，通过查表，得到相应的使两个关系式成立的R，然后带入测定乙醇和异丙醇的公式中（因为整个实验使用同一套装置），通过查表得相应

V/R3对应的F ，于是通过公式计算得到乙醇和异丙醇的表面张力。

实验仪器：

橡胶管一根；移液管（1mL）一根；注射器针头一个；小烧杯（50mL）；

洗瓶一个；蒸馏水；无水乙醇；异丙醇。

实验过程：

记录当时的实验温度，依次查出相应的蒸馏水的密度和表面张力。

连接仪器，将移液管和橡胶管和针头依次相连，检查装置是否有漏。用蒸馏水润洗，装好蒸馏水，用小烧杯接液。开始滴液，变数滴数的同时，注意移液管的刻度。当到0.5mL时，停止，记下液滴数。在滴的过程中，保持滴数缓慢，不宜过快。

同样的，用乙醇润洗三次，然后装好乙醇，按照上述操作进行实验。得到乙醇的数据。同理，测定异丙醇的数据。

数据处理：

（当时室温：14℃, 对应的蒸馏水的表面张力γ=73.64×10-3N·m-1）

由γ=F・V・ρ・g/R，将蒸馏水的数据带入，得到：

F・g/R =6.789×106

虽然F与V/R3有关系，但是考虑到F值变化很小，近似取常数。所以将上述的值代入下面乙醇和异丙醇的求算当中。

所以γ乙醇=F乙醇・V・ρ・g/R=0.420×10-8×789.3×6.789×106=22.51×10-3 N·m-1

γ异丙醇=F异丙醇・V・ρ・g/R=0.442×10-8×785.1×6.789×106=23.56×10-3N·m-1

结果与讨论

1.蒸馏水表面张力的计算

蒸馏水表面张力的计算公式为:γ水= V・ρ・g・F

R

式中: γ水—蒸馏水的表面张力, N /m;

V—水滴的体积, m3;

ρ—蒸馏水的密度, kg /m3;

g—重力加速度常数, 9. 81N / kg;

F—校正因子。

计算表面张力时, 所用校正因子F需要根据

V /R3查表得到,使用比较繁琐,为此本实验采用近似处理，当F为一常数。

2．滴管滴头半径的测量及设想

滴管滴头半径R的准确测量是应用滴体积法的前提之一,在以前的方法中滴管滴头半径一般是用显微测量装置测得,不仅对设备有一定要求,而且准确性也值得商榷,本文编写的计算机程序有效地解决了这一问题。滴管滴头半径的计算涉及到校正因子F,校正因子是前人通过精确的实验与数学分析方法建立的经验据,以后又经过一系列改进和补充,逐步得出了现在的方便而完全的校正因子。

F与V /R3有关,V /R3在1. 219～2. 637 之间时,校正项的实验误差在0. 10%以内在0.865～10. 29之间时,误差在0. 20%以内。所以,校正因子的数值是比较可靠的,可以通过它反过来推算滴头半径R的数值。

提出设想,取待测滴头半径的滴管,恒温10 ℃下用蒸馏水缓慢的滴落10滴,计算一滴水的平均体积为0. 052 02mL ,再由10 ℃时蒸馏水的密度和表面张力数据可得F=?R用计算机编程求取不同R值时的V /R3值和由上式计算得F值,找到最接近于F因子数据表中的一组,则对应的R即为所测量的滴头半径。

但是由于没有足够的数据文献。本实验计算采用近似取F对于水，乙醇和异丙醇为一个常数计算，所以难以避免有一定误差。

参考文献：

[ 1 ] 曾铁. 有关表面张力的几个问题[ J ]. 中学物

理教学参考, 1994, (3) : 15216.

[ 2 ] 于军胜, 唐季安. 表(界)面张力测定方法的

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[3 ] 吴树森,王飞虹. 滴重法中校正因子关联式的研究[J ] . 化

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[4 ] 朱步瑶, 赵国玺. 滴体积法介绍[ J ]. 化学通

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