物化结课论文

1、化学化工学院物理化学实验结课论文题 目:液体表面张力测定的方法学 院：化学化工学院班 级：10化学学生姓名：学 号：完成时间： 2013年6月25日目录 TOC o 1-5 h z 摘要1正文1总结3一、摘要：表面张力是影响多相体系的相间传质和反应的关键因素之一，是重要的液体物理性质。 本文着重介绍了几种液体表面张力的测定方法(毛细管上升法、最大气泡压力法、差分最大 气泡压力法)，包括这种方法的测定原理、缺点及改进方法或应用，特别指出了宽温度和压 力范围的表面张法的选择及表面张力测定展趋势。关键词:表面张力，最大气泡压力法，差分最大气泡压力法，毛细管上升法。二、正文：液体表面区的分子由于受力不

2、平衡产生的向内收缩的单位长度的力，即表面张力。它分 为静态表面张力和动态表面张力。通常液体的表面张力，自其液体表面形成之后，随着时间 的推移而有所变化。在新的液体表面形成的瞬间，经过约1S以上时的表面张力，称作静态 表面张力;在1S以下的表面张力称作动态表面张力。表面张力是多相系统的重要界面性质， 对于泡沫分离、蒸馏、萃取、乳化、吸附、润湿等过程存在重要影响。在实际生产过程中， 动态表面张力更有意义，因为它反映出传质过程以及吸附、粘附、铺展等过程的有关信息， 这对于化工过程的设计与研究是非常有意义的。现有的表面张力测定95%都是常压或沸点 条件下进行的.现在越来越需要考察不同温度和压力条件下表

3、面张力的测定。本文着重指出 各种条件下表面张力的测定方法，特别是高温高压下表面张力的测定方法。液体表面张力的 测定方法分静力学法和动力学法。静力学法有毛细管上升法、最大气泡压力法;动力学法有 震荡射流法、毛细管波法。其中毛细管上升法和最大气泡压力法不能用来测液一液界面张力。 最大气泡压力法，震荡射流法，毛细管波法可以用来测定动态表面张力。由于动力学法本身 较复杂，测试精度不高，而先前的数据采集与处理手段都不够先进，致使此类测定方法成功 应用的实例很少。因此，迄今为止，实际生产中多采用静力学测定方法。毛细管上升法：1.1测定原理：将一支毛细管插入液体中，液体将沿毛细管上升，升到一定高度后，毛细管

4、内外液体将 达到平衡状态，液体就不再上升了。此时，液面对液体所施加的向上的拉力与液体总向下的 力相等。则Y =1 /2( p 1-p g) g h r cos0。式中Y为表面张力，r为毛细管的半径，h为毛细管中液面上升的高度，R为测量液体 的密度，p为气体的密度(空气和蒸气)，g为当地的重力加速度，。为液体与管壁的接触角。1.2优点：本法是用来直接测定液体表面张力的最为准确的绝对方法之一，也是应用最多的方法之 一。由于它不仅理论完整，而且实验条件可以严格控制，是一种重要的测定方法。随着技术 的发展，毛细管上升技术也可以用来测定动态表面张力。此方法还曾被用于高温高压条件下 表面张力的测定，但温度

5、一般不超过100 0C，压强不超过13.8MPa。1.3缺点：不易选得内径均匀的毛细管和准确测定内径值。液体与管壁的接触角不易测量。溶液的纯度会对表面张力的测量造成不同程度的影响。需要较多液体才能获得水平基准面(一般认为直径在10 cm以上液面才能看作平面)，所以 基准液面的确定可能产生误差。2最大气泡压力法：2.1测定原理：若在密度为P的液体中，插入一个半径为r的毛细管，深度为t，经毛细管吹入一极小 的气泡，其半径恰好与毛细管半径相等。此刻，气泡内压力最大。根据拉普拉斯公式.气泡 最大压力为Pm=p gt+2y /r.2.2优点：这是由Si于1851年提出的方法，后来由Canter,Jaeg

6、er分别从理论和实用角度加以发 展。此种方法设备简单，操作方便，不需要完全湿润，它既是相对的方法，也是绝对的方法。 可以测量静态和动态的表面张力，测量的有效时间范围大，温度范围宽。2.3缺点：气泡不断生成可能会扰动液面平衡，改变液体表面温度，因此不易控制气泡形成速 度；要求在气泡逸出瞬间读取气泡的最大压力，因此此值很难测准；毛细管的半径不易准确测定；此法中，最大压差为大气压与系统压力的差值，因此，当室内气流流动时，会造成大 气压的变化，使实验测得的数据产生一定误差；为了消除溶液静压对测定结果的影响，测定时要求测量的毛细管插入液体中的深度为 0,但要调整毛细管尖端与被测液面相切有一定的难度。2.

7、4改进：控制气泡生成速度:一般采用滴液漏斗减压，或在滴液漏斗的出水口接一个尖嘴、注射 器、减压瓶，或采用针型阀来精确控制气泡的脱离速度。最大气泡压力的测定:以前用U型压力计测量，后选用斜管压力计。随着电子技术的 发展，采用了数字压力计或数字式微压差测定仪，这样测得的系统压力值是正确的，而且更 精确。若再用A/D转换器和计算机相连，数据处理也就更为方便;田峰等08采用精密压力 传感器，仪用放大器，41 /2位A/D即MCS-51单片机研制了一种新型气泡最大压力法表面 张力仪。李英等建立了一套动态表面张力的测定装置，采用了差压变送器，并获得国家专利。快速调整液面:如果事先在大试管壁上作了标记(如用

8、有刻度的大试管则更好)表示液 面高度，则可根据标记倒入溶液，再用毛细管调整或用双管反应器代替单个试管测定。毛细管的半径的测定:测定不同温度下的 P，然后与物理化学手册中查阅到的表面张 力值对照，通过计算标定毛细管的半径或用读数显微镜测定毛细管的半径。若是玻璃管，还 可用向毛细管中充满干净的汞，测量毛细管中不同长度下汞的质量，根据该长度下汞的质量 数据及汞的密度，可算出该段毛细管的平均半径。3差分最大气泡压力法：3.1测定原理：差分最大气泡压力法最早是由Suden于1921年提出来的并提出计算公式，后经过Cuny和Wolf等的不断改进，原理是两个同质异径的毛细管插入被测液体中，气泡从毛细管 中通

9、过后到达液体中，测量两个毛细管中气泡的最大压力P和p2，表面张力是压差的 函数。3.2优点：通过调整毛细管的插入深度来降低测量和计算的复杂程度。现在的技术可用来测绝对表面张力也可用来测相对表面张力。通过选择合适的毛细管，大范围的气泡生成周期是可以达到的，从十分之一秒到几分 钟，而且可用来测动态表面张力。此种方法比差分毛细管上升法有更好的重复性。三、总结：1宽温度和压力范围的表面张力的测定存在的问题：实验装置越复杂和测定时间消耗越长的方法，就会有越大的误差来源。仪器及人为误差。毛细管上升法，最大气泡压力法都需要可见的准确的测高、测重或者 测深的仪器。这些方法都需要个人、照相机或者软件来进行测量，从而造成人为误差。机械操作的误差。毛细管上升法需要测量插入液面的深度的仪器等。机械操作降低了体 系的操作压力并且增加了表面张力测定的复杂性。计算误差。上述的大部分测量方法都需要知道同时存在的气液两相的密度，现在密度计 算的方法要么估算.要么用状态方程计算。实验方法的选择：在实际测量中，一般可根据要求的实验精度、温度压力和设备的实现难易程度来选择。要求精度比较高时，可以采用毛细管上升法、最大气泡压力法、否则可以选择悬滴法 或旋滴法;当以设备实现的难易度来选择时，可以选择最大气泡压力法、毛细管上升法。常温常压下一般采用传统的毛细管上升法、最大气泡压力法;高温