表面張力的測量方法

1、表面張力的測量方法液體表面張力測量在化學(xué)、醫(yī)藥、生物工程等領(lǐng)域具有重要意義，根據(jù)液體表面張力的大小可以確定表面活性并計算表面活性劑在溶液表面的吸附量；在合金液體體系中，借助于表面張力還可以評價金相組織及孕育效果等重要參數(shù)。目前，測量液體表面張力系數(shù)有毛細(xì)上升法、最大氣泡壓力法、液滴法等。1. 毛細(xì)上升法這個方法，研究的比較早，在理論和實際上都比較成熟。如圖1 所示，干凈的毛細(xì)管浸入液體內(nèi)部時，如果液體間的分子力小于液體與管壁間的附著力，則液體表面呈凹形。此時表面張力產(chǎn)生的附加力為向上的拉力，并使毛細(xì)管內(nèi)的液面上升, 直到液柱的重力與表面張力相平衡。圖1其中： 一液體的表面張力；r-毛細(xì)管的內(nèi)徑

2、；-接觸角；i和g-液體和氣體的密度；h-液柱的高度；g-當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣取Ｔ趯嶋H應(yīng)用中一般用透明的玻璃管，如果玻璃被液體完全潤濕, 可以近似的認(rèn)為= 0。毛細(xì)上升法是測定表面張力最準(zhǔn)確的一種方法，國際上也一直用此方法測得的數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用此方法時，要注意選擇管徑均勻, 透明干凈的毛細(xì)管，并對毛細(xì)管直徑進(jìn)行仔細(xì)的標(biāo)定；毛細(xì)管要經(jīng)過仔細(xì)徹底的清洗，毛細(xì)管浸入液體時要與液面垂直。2. 最大氣泡壓力法如圖2所示，向插入液體的毛細(xì)管輕輕的吹入惰性氣體 （如山等）。如 果選用的毛細(xì)管半徑很小，在管口形成的氣泡基本上是球形的。并且當(dāng)氣泡為半球時，球的半徑最小等于毛細(xì)管半徑r ；在其前后曲率半徑都比r 大

3、，如圖 2 所示。 當(dāng)氣泡為半球時，泡內(nèi)的壓力最大，管內(nèi)外最大壓差可由差壓 計測量得到。圖 2由于毛細(xì)管口位于液面下一定位置，氣泡內(nèi)外最大壓差P 應(yīng)該等于差壓計的讀數(shù)減去毛細(xì)管端面液位靜壓值。當(dāng)氣泡進(jìn)一步長大, 氣泡內(nèi)的壓力逐漸減小直到氣泡逸出。利用最大壓差和毛細(xì)管半徑即可計算表面張力:此方法與接觸角無關(guān)，裝置簡單，測定快速；經(jīng)過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計可以用于熔融金屬和熔鹽的表面張力測量。氣泡的生成速度以每秒鐘一個為宜，如果選用管徑較大，氣泡不能近似為球形，則必須進(jìn)行修正，可以用標(biāo)準(zhǔn)液體對儀器常數(shù)進(jìn)行標(biāo)定。3. 滴重法如圖 3 所示，對于液體從很細(xì)的管口中緩慢滴出的過程，液滴在表面張力的支撐下緩慢長大，當(dāng)

4、重量比表面張力稍大時，液滴就將落下來。圖 3設(shè)管口的半徑為r , 落下的液滴質(zhì)量為m ，其表面張力為，當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間 , 加上對于模型的修正量，可得：其中 F 為與 r 有關(guān)的一個修正量，可以通過查表得到。此方法不僅可以測量氣-液界面張力，也可以測量液-液界面張力。應(yīng)用時常常用標(biāo)準(zhǔn)液體進(jìn)行標(biāo)定。在實驗過程中可以利用一個測微計使液滴緩慢生長，然后測定落下液滴的質(zhì)量；并且此方法只能應(yīng)用于液滴很小的情況。4. 表面波法存在于液體表面的波動稱為表面波。表面波非常常見，其波長從毫米( 毛細(xì)波 ) 到千米 ( 潮涌波 ) ，振幅從零點幾毫米到幾十米。表面波的性質(zhì)受到表面張力和重力的影響。當(dāng)表面波的波長

5、比較大( > 1 0mm) 時，重力起主要作用；當(dāng)表面波的波長比較小時( < 10mm )，表面張力起主要作用。由流體力學(xué)的知識可以知道:其中， f 是表面波的頻率，是表面波的波長，是液體密度。這種方法測量時間短、自動化程度高，可以實現(xiàn)在線測量和用于實時監(jiān)控的測量。其表面張力的測量精度主要取決于波長和頻率的測量精度。本文介紹了一些具有代表性的表面張力測量方法，并對其特點和應(yīng)用進(jìn)行了分析。從文中可以看到，隨著電子以及激光技術(shù)的發(fā)展越來越多的電子和激光技術(shù)被引入了表面張力的測試中，這不但提高了測試的精度和自動化程度 , 同時也大大拓寬了測量范圍。參考文獻(xiàn)1 郭瑞 . 表面張力測量方法綜述J. 計量與測試技術(shù),2009,04:62-64.2 李艷紅 , 王升寶 , 常麗萍 . 表 ( 界 )面張力測定方法的研究進(jìn)展J. 日用化學(xué)工業(yè) ,2007,02:102-106.3 莊其仁 , 龔冬梅 , 陶海敏 , 范金友 . 液體表面張力激光快速測量法J. 光學(xué)精密工程 ,2007,05:662-667.4 章新友 . 液體表面張力系數(shù)測量的誤差分析與方法改進(jìn)J. 大學(xué)