1、.實驗 d-13滴重法測定液體的表面張力實驗目的用滴重法測量液體的表面張力，學會用校正因子表，迭代計算毛細管的半徑。實驗原理當液體在滴重計( 滴重計市售商品名屈氏粘力管) 口懸掛尚未下滴時：r ：若液體潤濕毛細管時為外半徑，若不潤濕時應使用內(nèi)半徑。: 液體的表面張力。m ：液滴質(zhì)量 ( 一滴液體 ) 。g ；重力加速度，當采用厘米 . 克 . 秒制時為 981cm s2但從實際觀察可知，測量時液滴并未全部落下，有部分收縮回去， 故需對上式進行校正：m為滴下的每滴液體質(zhì)量( 用分析天平稱量) 。f 稱為哈金斯校正因子，它是 r v1/3 的函數(shù)； v 是每滴液體的體積；可由每滴液體的質(zhì)量除液體密

2、度得到。 在上式中 r 和 f 是未知數(shù)， 可采用已知表面張力的液體 （如蒸餾水）做實驗，采用迭代法得到：設每滴水質(zhì)量為 m，體積為 v；先用游標卡尺量出滴重計管端的外直徑d；可得半徑 r 0；用 r 0 作初值；求得r 0/ v 1/3 ；查哈金斯校正因子表（插值法）得f 1；用水的表面張力 和 f 1 代入 2 r f1m g ；求的第一次迭代結(jié)果r 1；再由 r 1/v1/3 查表得 f 2 ； 再代入：2 r f 2 m g 求得第二次迭代值 r 2，同法再由 r 2/ v1/3 代入查表求f 3 ，這樣反復迭代直至相鄰兩次迭代值的相對誤差：（r i-1 -r i ） / r i ep

3、s （ eps 表示所需精度，如1）這時的 r 就是要求的結(jié)果，記錄貼在滴重管上的標簽上，半徑就標定好了。求得半徑 r 后，對待測液體只要測得每滴樣品重和密度，就可由r/ v 1/3 查表得 f ；由：2 rfm g就可求得樣品的表面張力。哈金斯校正因子表r v 1 3fr v 1 3fr v 1 3f0.001.00000.750.60321.3250.6560.300.72560.390.60001.350.6520.3；0.70110.850.59931.300.6400.400.68280.900.59991.350.6230.450.66690.950.60341.400.6030.

4、500.65151.000. 60981.450.5930.550.63621.250.61791.500.5670.600.62501.100.62801.550.5510.650. 61711. 150.64971.600.5350.700.60931.300.6535純水的表面張力見最大泡壓法實驗；水和酒精的密度數(shù)據(jù)見恒溫技術(shù)與粘度實驗。儀器與藥品屈氏粘力管一根。測液體比重用比重瓶一個。游標卡尺一根（公用）。50ml 和 100ml 燒杯各一個。酒精，表面活性劑溶液（每組一個，實驗室編好號）。實驗步驟1. 用游標卡尺測量滴重計的外半徑。測量酒精從上刻度到下刻度滴下液滴的總質(zhì)量w和滴數(shù).n

5、。 , 算出每滴酒精的重量。2. 剩余的酒精倒入回收瓶， 烘干滴重計， 冷卻后同法測量純水的從上刻度到下刻度的總質(zhì)量w和滴數(shù) n。迭代法求得滴重計的半徑。把多余的蒸餾水倒掉，3. 把滴重計用待測溶液 （樣品） 蕩洗數(shù)次后， 用此溶液測量從上刻度到下刻度滴下液滴的總質(zhì)量 w和滴數(shù) n。計算該待測表面活性劑溶液的表面張力。4. 測量此待測溶液的比重（方法見實驗后附錄中比重瓶法）實驗數(shù)據(jù)處理酒精待測樣品（表面活性劑溶液）每滴水重量（克）樣品編號每滴酒精重量（克）比重（克 / cm 3）滴重計校正半徑r=（cm）每滴樣品重量（克）酒精表面張力=（ dyne/cm ） 樣品表面張力=（ dyne/cm

6、）思考題1 在本實驗中，為什么先按排測量酒精，測量后不洗直接烘干，再測純水。而測表面活性劑水溶液時，只用溶液蕩洗而不再烘干。2用滴重法測量表面張力時為什么要做校正，能否用游標卡尺測量r ，直接代入公式計算。3本方法也能用于測量液液界面張力，請考慮應如何測量。（提示：要考慮浮力影響）附錄： (1)常用表面張力測量方法吊環(huán)法（ ring method ）：是廠礦企業(yè)常用測試方法。儀器有商品供應，測量的平衡性能不太好，儀器本身缺乏恒溫裝置，測量結(jié)果和其它方法差別較大，其優(yōu)點是操作簡單( 因其結(jié)構(gòu)主要是一個扭力天平 , 見圖 d13-2 和圖 d13-3) 還可以測液一液界面張力， 實驗時把一個半徑

7、r 的鉑絲制成的環(huán)與液面接觸后再慢慢上拉。 （用樣品皿托架下螺旋轉(zhuǎn)動）而形成一個內(nèi)徑 r，外徑為 r十 2r 的環(huán)形液柱， r=r-r 。設向上的力為 w，當平衡時，w 2 r2(rr )因為 r r十 r 故上式可改寫為：= w/ （ 4 r）因為鉑絲環(huán)懸掛在扭力天平一臂上，所以w大小可以從扭力天平讀出，在出廠時，扭力天平刻度盤上已直接標上表面張力量度大小，故可直接讀出表面張力大小。滴重法 (drop weight method)滴重法是測表面張力的常用方法，圖d13-1 為商品生產(chǎn)的滴重計(stalagmometer)。其底部相當光滑平整，該方法如實驗數(shù)據(jù)經(jīng)過校正，獲得表面張力較準確, 方

8、法的平衡性能和數(shù)據(jù)重復性較好。其簡化改進法有滴體積法。吊板法 (wilhelmy plate method)吊板法又稱吊片法，在文獻中也用， 其平衡性能也很好， 常用的有st一 1 型表面張力儀。原理見圖d13-4. 它的基本結(jié)構(gòu)為在一自動扭力天平上掛一巳知重量為w的矩形吊板 ( 毛玻璃制成 ) ，設其平行于液面的截面矩形長為x，寬為 y， (y 實際上是吊板的厚度) ，則該矩形周長為 2(x 十 y) ，當平衡時，向上的力設為w,則：w-w2(x 十 y) w可從自動扭力天平上讀出， x， y，w已知，從而可知道。，實際上從儀器上讀數(shù)可直接知道大小，無需作上述計算。不同的吊板可通儀器上的校正

9、旋扭校正。儀器本身附有超級恒溫槽，并可測量接觸角和液液界面張力。該方法操作方便，迅.速。具體參閱 adamson“ physical chemistry of surface” ) 。附錄： (2) 液體和粉末固體的比重測定測定液體密度的主要方法有比重瓶法( 或比重管法 ) 、比重天平 ( 又稱韋氏天平法 ) 、比重計法?，F(xiàn)分別介紹如下：比重瓶法 ( 圖 d13-5)將比重瓶和中間有毛細孔的比重瓶塞依次用洗液和蒸餾水洗干凈，烘干在分析天平上( 連瓶塞一起 ) 稱重，其重量為w，然后加入純水 ( 蒸餾水 ) ，注意不要有氣泡混入，蓋上瓶塞，使水沿毛細管溢出，將比重瓶小心浸入恒溫槽中( 恒溫槽預先

10、調(diào)至 t ) ，約 15分鐘熱平衡后，取出比重瓶。用濾紙吸干毛細管溢出的液體，并將比重瓶外壁擦干。在分析天平上稱重為 wl，則水重為 wl w，將比重瓶中蒸餾水倒掉，烘干，同法加入待測液體，置于恒溫槽中平衡后取出擦干外壁，稱重為 w，則待測液體重tw w。比重瓶容積為 (wl w) d4 ，d4t 為水在 t 時相對于 4水的密度。待測液體在 t 時密度為 (w-w)/(w1-w) d4t比重天平 ( 又稱韋氏天平 ) 法。它具有一個標準體積的測錘，浸于液體中獲得浮力而使橫梁失去平衡，從而迅速測出液體的密度。它比比重瓶法準確度差，但測定簡單快速，其讀數(shù)也能達小數(shù)后 4 位，測定手續(xù)如下(a)

11、把天平托架，橫樑裝好后，將等重砝碼掛于橫樑右端小鉤上，調(diào)節(jié)水平螺絲，使橫樑與支架指針尖在同一水平線， 以示平衡，如調(diào)不平衡， 先將平衡器小螺釘松開， 然后略轉(zhuǎn)動平衡調(diào)節(jié)器直至平衡，然后旋緊定位螺釘。(b)將等重法碼取下，換上整套測錘，此時應保持平衡，但允許有00005 的誤差存在。如果天平靈敏度過高，則將靈敏度調(diào)節(jié)器降低，反之旋高。通常不必進行此項調(diào)節(jié)。(c) 將待測液體放入玻璃筒內(nèi)，將測錘全部浸入待測液體中央，這時橫樑失去平衡，在橫樑 v 型槽內(nèi)和小鉤上加放各種騎碼， 使之平衡 從橫樑騎碼重可知液體密度， 由于測錘排液重 5mg，天平砝碼共有 5g，500mg，50mg和 5mg四種，因此將

12、 5g 砝碼掛在橫樑第十位 ( 小鉤上 ) 則讀數(shù)為 l ，騎在第九位上則為 09 余類推同樣 500mg砝碼掛在小鉤上為 0.lg ，50mg掛在小鉤上為 0.01 等等，讀數(shù)時， 從騎在各 v 型槽上砝碼讀數(shù)， 則測量結(jié)果相應后移一位。比重計法在工業(yè)上常用測定液體密度的方法為比重計法，比重計有多根一套，每一根比重計上附有刻度， 根據(jù)比重大小不同， 選擇其中一根直接插入液體即可讀數(shù)， 它的誤差比前述方法要大一些。粉末固體密度測量要復雜一點，因顆粒狀固體堆起來外觀體積(v 堆 ) 為顆粒之間的孔隙(v 隙 ) 顆粒內(nèi)部的孔所占體積(v 孔) 以及顆粒骨架所具有體積(v 真 ) 之和。v 堆 v

13、 隙十 v 孔 十 v 真因此對質(zhì)量為m的顆粒狀固體，也有三種密度定義：堆密度omv 堆 ；) ；假密度m(v+vp孔真真密度t mv 真 ：真密度（假定固體顆粒沒有與顆粒表面不通的孔隙）的測定：所用儀器如圖d13-5 所示操作步驟如下：(a) 在分析天平上準確稱量比重瓶( 圖 d13-5) 連接管及瓶塞的總重量 ( 注意均應洗凈烘干) ，重量為 a。.(b)使比重瓶裝滿水( 如果被測固體遇水會膨脹或溶解，可改用有機溶劑如甲苯) 用吸管吸去或加入水 ( 此步應在恒溫后做 ) 使液面維持在刻度處， 然后取出用布擦干外壁， 稱得重量b。(c)將液體倒出，烘干，裝入已烘干的固體試樣，塞好瓶塞，稱得重量c。(d)把比重瓶和雙向旋塞（見圖d13-5b ）裝好， 旋轉(zhuǎn)旋塞使與真空系統(tǒng)相通，抽20 30分