动、静表面张力及其测定方法

1、动、静表面张力及其测定方法表而张力是表而的重要性质。春液体的表而张力可以很快达到平衡，此时的表而质量 为静表而张力;而表而活性剂溶液的表而张力随温度、主体相压力、表面活性剂的表而浓度、 表面运动状态变化而变化，表现为动态表面张力。测定静表面张力的方法：1、毛细管升高法当液体完全湿润管壁时，液-气界面与固体表面的夹角（接触角）为零，则接界处的液体 表而与管壁平行而且相切，整个液而呈凹态形状。如果毛细管的横截而为圆形，则半径越小, 弯月而越近似于半球形。若液体完全不湿润毛细管，此时的液体呈凸液而而发生毛细下降, 通常情况下液体与圆柱形毛细管间的接触角H介于0b-180b，即液体对毛细管的湿润程度

2、处于完全湿润与完全不湿润之间。V 式中C为表而张力，v Q是液相与气相的密度差，g是重力加速度，h为液面上升高度，r 为毛细管半径，H是固-液接触角。只要测得液柱上升（或下降）高度和固-液接触角，就可以 确定液体的表面張力。应用此法测迩液体表面张力，要求固-液而接触角H最好为零。当精确测量时,需要对 毛细管内液面上升髙度h进行校正。当液面位置很难测准时，可通过测量两根毛细管的髙度 差计算表而张力，其计算公式为：hl、h2分别为两毛细管液而上升高度,n. r2分别为两毛细管半径2、吊片法3. DuNouy吊环法和Wihelmy吊片法吊环法的基本原理是，将浸在液面上的金属环（钳线制成）脱离液而，其

3、所需的最大拉 力，等于吊环自身重量加上表而张力与被脱离液而周长的乘积。T i mber g和Sondhauss 首先使用此法，但DuNouy第一次应用扭力天平来测左此最大拉力 Hark ins和Jordan引进 了校正因子，可以用来测左纯液体表而张力，测立时必须注意其表而张力有时间效应。此外, 将吊环拉离液面时要特别小心，以免液而发生扰动。吊片法是测左当打毛的钳片、玻片或滤纸片的底边平行界而并刚好接触（未脱离）界而 时的拉力。要满足吊片恰好与液面接触，既可采用脱离法，测立吊板脱离液而所需与表而张力相抗衡的最大拉力,也可将液面缓慢地上升至刚好与天平悬挂已知重量的吊板接触，然后测左其增量，再 求得

4、表而张力的值。从测左原理看，吊环法和吊片法都是通过测量力来测量表面张力，对润湿性要求较 髙。吊片法操作简单，不需校正，精度髙。缺点是样品用量大，升温速度慢，不能用于多种气 氛的表而张力测左以及高压表而张力的测定。对于非离子及阴离子表而活性剂，可以采取吊 环法和吊片法;对于阳离子表而活性剂水溶液，由于容易吸附于固体表而，使表而变得疏水 而不易被水溶液润湿，实验误差较大，可以采用与接触角无关的测龙方法,如滴体积法。该法是测定当片的底边平行液而并刚好接触液而时所受到的拉力，具有完全平衡的性 质。正因为吊片法具有完全平衡性，因此实验简便，无需麻烦的汁算且不需密度数据，使静 表面张力测泄最常用的方法之一

5、。3、最大气泡压力法处液休农血的分子，由J受到不半術的力的作用啲具冇衣面张力。它的定义是在 表面上垂直作用于单位氏度上使表面枳收缩的力，它的单位是mN -nr1.农血张力的测定方法很參，木炙验采出最大气泡压力法.图1定最大气泡压力法测农 面张力的装置示总图.将毛细管的端而与液面相切，液而即沿毛细管卜升打开抽气瓶的 活塞，止水缓慢地淌下，使毛细行内溶液受到的压力比样品行中液血上來得大.当此压力 差在毛细管端血匕产生的作用力稍人于毛细管口液体的表血张力时,毛细管【啲气泡即被 压出，压差的最大值可以从数字压力计上渎出。气泡从毛细背口压出时受到的压力为 P, P-puA h 18. 5式中：Ah压力计

6、两臂的谡值差；g虫力加速度： P 斥力计内液体的密度,同时根据附加压力计算公式AP=乎18.6O r衣面张力； 一毛细管半径，所以手=pgAJi疫现得b = 2 pg?h = k/hT7o对卩同支毛细管来说，式中K值为常数,称为毛细管常数.因此只耍用表血张力 已知的液体为标准.1!|冋求斜H它液体的农血怅力.(木实验是用20Co *-72. 75X 10 ；!N/m)此法是使与溶液不起反应的气体慢慢通过插入液而的毛细管口出泡时的最大压力，并 由此推算液体的表而张力。此法设备简单，操作方便，但气泡不断生成可能扰动液而平衡， 改变液体表面温度，因而要控制气泡形成速度。因为气泡并非准确的球形，相应地

7、也需要校 正。4. 滴重法和滴体积法苴基本原理是将待测液体在恒温条件下通过管尖，缓慢地形成液滴落入容器内，待收集 至足够数量的液体时称量,根据总滴数算出每滴液滴的平均重(mg),就可按泰特(Tate)定 律求岀表而张力C:mg 二 2PRC(4)公式4说明表面张力所能拉住液体的最大重量等于管尖周长和液体表而张力的乘枳。 式中R是液滴顶部半径，如果待测的液体不能润湿润管尖材料，只取内径r，反之取外径。事实上，液滴落下前所形成的细长液柱在力学上是不稳左的，即液滴上半部分半径缩 小，下半部分半径扩大，最后形成液滴落下时，只有下半部分的液体真正落入容器内，而上半 部分的液滴仍与管尖相连，并成为下一个液

8、滴的一部分。这是由于表而张力作用下的近管口 液体受到其液滴重力作用，过早地拉伸而断裂所致。因此，所得液滴的实际重量要比汁算值小 得多。须上述偏差作了修正。滴重法和滴体积法的测量设备简单，准确度较髙，量手段直接，样品用量少，易于恒温， 能够用于一般液体或溶液的表而张力的测左，即使液体对滴头不能完全润湿、有一定的接 触角(不大于90b)时也能适用。该法基本原理为从液而形状确定其形状因子的数值，在推算出液体的表面张力。此法 可用于远距离操作，便于在特殊条件下，如髙温、高压、特殊化学环境等测左表而张力，并 且可以任意长的平衡时间，可用于粘性液体表而张力的测定。5、悬滴法悬滴法实质上是滴外形法的一种。滴

9、外形法是根据液滴的外形来测立表面张力和接触角的方法，既有悬滴法又有躺滴法，苴原理是根据La2place关于毛细现象的方程:v P = C( 1 /Rl + 1 /R2 )(6)英中C为表而张力，R1和R2表示曲面半径,v P为界而上的压力差。随着计算机技术发展，图像处理技术在许多领域中发挥着巨大的作用，Pu等用轴称滴 形分析技术，通过复杂的Newton- Raphson计算与递增迭代法结合将其发展为轴称滴形轮 娜法，得到广泛的应用。6x旋滴法主要用于测雄超低表而张力。一般将表面张力值在10- lmN /m 10-3mN /m时称为低 表而张力，10-3mN/m以下称为超低表而张力。测左原理:在

10、样品管中装入髙密度的液体，再加入少虽:低密度液体，密闭后，将其置于 旋滴仪中使其以X角速度旋转。在离心力、重力及表面张力作用下,低密度液体在髙密度 液体中形成圆柱形液滴。设圆柱形长为1 ,半径为r0,两液体的密度差为vQ。当圆柱形 长度与直径的比率大于4时，表而张力C可S V erin 1.11方程求岀：该法是通过测龙悬挂着的液体的外形参数，应用Bashforth-Adams方程推算出表面张 力的。此法免除了对接触角的要求，扩大了应用范围。但此法对防箴要求很髙，否则难以得 到正确的悬滴外形曲线。6、脱环法此法测量将水平地接触液而的圆环拉离液而过程中所施最大力，并由此力来推算液体 的表而张力。通

11、常以扭力天平来测量此力。脱环法操作简便，但理论复杂，并因应用经验的 校正数而使方法带有经验性。所得结果受多种不易控制的因素影响。测定动表面张力的方法:从图屮可看出与达到平衡时.从外半径为r的毛细管滴下的液体曲脚也等于毛细管周 边乘以表面张力，即：ng=2no r(5)式屮m为液滴质:甌厂为毛细管外半径：c为表面张力；百为匝力加速度.事实上，滴下来的仅仅足液滴的 部分。因此 式中给出的液滴足理想液滴。经实 验证明.滴卜来的液滴大小是卫的顋数.即由f W/F)所决定(英中v是液涌体枳).(5) 式变为 mg=2no v f v/iJ)(6)O =ng/ (2nO f (.v/v ) ) =Fng/

12、 r(7)氏中的F足校正因了。如果测得滴下液滿体积及毛细管外径.就可从农中査出校正因了 卜的数值按图装好仪器，把待测液体充满毛细管，并调节液位使液滴按-定时间何隔滴下。在保 证液滴不受雇动的条件下用称屜瓶搜集25-30滴称巫(对挥发性液体最好把滴下的液休加1 以冷却)。用显微镜测童毛细管的外径。从液滴亟虽及液体密度计算滴下液滴体积。然后求v/r1数值，从表中倉出校正因子F数 值。根据式求出表面张力。如下图所示，毛细管端口有一个液滴逐渐长大，即将落下时，其所受重力应与表而张力 相等。设毛细管外径为2R,则有：mg = 2”斤丫。式中m为液滴质量。由于液滴实际上不会 全部落下，实测的m值偏小。为此，引入校正系数Fd： Y= (mgFd) /Re实际测量时， 不需确定毛细管管端半径，而采用已知表而张力的标准液体进行校正：Y1/Y2二(mFd/mFd)。 又因为Fd数值一般变化不大，因此rl/ r2=m/m这样，通过测量液滴质量就可得到表面张力。2