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
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，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）
项目 物质
蒸馏水
乙醇
异丙醇
滴定体积（mL）
0.5
0.5
0.5
液滴数n
一
46
118
113
二
46
119
114
三
46
119
113
平均液滴数N
46
119
113
液滴体积（m3）
1.086×10-8
0.420×10-8
0.442×10-8
密度ρ（kg/ m3）
998.8
789.3
785.1
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：
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理教学参考 , 1994, (3) : 15216.
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进展 [ J ]. 化学通报 , 1997, ( 11) : 11215.
[3 ] 吴树森 ,王飞虹. 滴重法中校正因子关联式的研究 [J ] . 化
学学报 ,1988 ,46 (60) :523～527
[4 ] 朱步瑶 , 赵国玺. 滴体积法介绍 [ J ]. 化学通
报 , 1981, (6) : 341.
浙公网安备 33021202002483