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：Y=F・V・p・g/R其中V测出的液体体积，p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：0 2 4 6 8 10 12V/H号通过测定蒸馏水，得到V和P，然后通过书上查表得到相应的表面张力Y值，通过y=F・V・p・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（ImL）—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°C, 对应的蒸馏水的表面张力y=73.64X10-3N・m-i）-项目物质蒸馏水乙醇异丙醇滴定体积（mL）0.50.50.5液滴数n—一46118113二46119114三46119113平均液滴数N46119113液滴体积（m3）1.086xi0-80.420x10-80.442x10-8密度P（kg/m3）998.8789.3785.1由y=F・V・p・g/R,将蒸馏水的数据带入，得到:F■g/R=6.789x106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Y乙醇=F乙醇・V・p・g/R=0.420x10-8x789.3x6.789x106=22.51x10-3N・m-1Y异丙醇=F异丙醇・V・P・g/R=0.442x10-8x785.1x6.789x106=23.56x10-3N・m-i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：Y水=V・P・g・FR式中：Y水一蒸馏水的表面张力，N/m;V—水滴的体积,m3;p一蒸馏水的密度,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i.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°C下用蒸馏水缓慢的滴落10滴，计算一滴水的平均体积为0.05202mL,再由10C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)面张力测定方法的进展[J].化学通报，1997，(11):11215