影響液體表面張力系數(shù)的因素

影響液體表面張力系數(shù)的因素

液體表面張力是代表液體性質(zhì)的重要參數(shù)，在物理、化學(xué)和醫(yī)學(xué)表面化學(xué)領(lǐng)域具有重要意義。影響液體表面張力系數(shù)的主要因素是：（1）液體的類型；（2）液體的溫度；（3）液體濃度；（4）這與液體中的雜質(zhì)含量有關(guān)。在化工、醫(yī)藥、食品、石油等部門和大學(xué)的實(shí)驗(yàn)中，通常需要測(cè)定液體的表面張力系數(shù)和濃度。液體的表面張力系數(shù)可以是拉脫法、滴注法、懸垂法和其他測(cè)定方法。由于液體的表面張力系數(shù)與其濃度存在著一定的關(guān)系,如果能建立起二者之間的經(jīng)驗(yàn)公式,這在生產(chǎn)部門和高校實(shí)驗(yàn)中是很有實(shí)用價(jià)值的.本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)建立起了幾種常見液體的表面張力系數(shù)與其濃度之間的關(guān)系.1預(yù)備考試1.1蔗糖溶液的配制用旋光率為+66.60°cm3/dm·g的蔗糖和蒸餾水,使用精確度為0.001g的電子天平,配制質(zhì)量百分比濃度分別為5.0%,10.0%,15.0%,20.0%,25.0%,30.0%等六種不同濃度的蔗糖溶液1.2各濃度的氯化鈉水溶液用純凈的氯化鈉和蒸餾水,使用精度為0.001g的電子天平,配制質(zhì)量百分比濃度分別為5.0%,8.0%,10.0%,12.0%,15.0%,20.0%等六種不同濃度的氯化鈉水溶液.1.3不同濃度酒精溶液的配制用酒精(化學(xué)純99.5%)和蒸餾水,使用精度為0.001g的電子天平,配制質(zhì)量百分比濃度分別為10.0%,20.0%,30.0%,40.0%,50.0%,60.0%,70.0%,80.0%,90.0%,100.0%等十種不同濃度的酒精溶液2測(cè)量和記錄2.1力敏傳感器掛鉤檢測(cè)實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示,圖中1為支架,2為力敏傳感器,3為升降臺(tái),4為底座,5為金屬圓環(huán),6為燒杯,7為數(shù)字電壓表.本實(shí)驗(yàn)采用力敏傳感器測(cè)量液體的表面張力系數(shù),該方法是把一個(gè)金屬圓環(huán)固定在力敏傳感器的掛鉤上,將該圓環(huán)浸沒在液體中,然后緩慢地拉起使其脫離液面,圓環(huán)在脫離液面瞬間滿足f1=απ(D1+D2)+Mg(1)式中:f1等于力敏傳感器受到的拉力,D1,D2分別為圓環(huán)的外徑和內(nèi)徑,M為圓環(huán)的質(zhì)量,g為重力加速度.此時(shí)傳感器受到的拉力f1和輸出電壓U1成正比,即U1=Bf1(2)式中:B為力敏傳感器的靈敏度.圓環(huán)拉脫后傳感器受到的拉力為f2=Mg(3)同樣有U2=Bf2(4)圓環(huán)拉脫前后輸出電壓的變化值可表示為ΔU=U1-U2=Bαπ(D1+D2)(5)由上式可得液體的表面張力系數(shù)為α=ΔUBπ(D1+D2)(6)α=ΔUBπ(D1+D2)(6)2.2表面張力系數(shù)的測(cè)量(1)將傳感器的固定桿安裝在立柱上,要保證測(cè)力方向和傳感器彈簧片的平面垂直.(2)傳感器的定標(biāo):接上電源和數(shù)字電壓表,先通電預(yù)熱15分鐘,然后將砝碼盤掛在傳感器梁端頭的小鉤上,對(duì)儀器調(diào)零后,依次加入標(biāo)準(zhǔn)砝碼,從數(shù)字電壓表讀出對(duì)應(yīng)的電壓輸出值.(3)游標(biāo)卡尺測(cè)量圓環(huán)的外徑和內(nèi)徑.(4)將金屬圓環(huán)洗凈,掛在小鉤上,調(diào)節(jié)傳感器固定桿的高低位置,轉(zhuǎn)動(dòng)控制平臺(tái)升降的微動(dòng)螺旋,使平臺(tái)上升,將金屬圓環(huán)浸入待測(cè)液體中,然后轉(zhuǎn)動(dòng)控制平臺(tái)升降的微動(dòng)螺旋,使平臺(tái)緩緩下降,將金屬圓環(huán)露出液面,并拉起一液膜.(5)記下液膜即將拉斷時(shí)數(shù)字電壓表的讀數(shù)值U1,拉斷時(shí)數(shù)字電壓表的讀數(shù)值U2,則,ΔU=U1-U2,代入式(6)即可得液體的表面張力系數(shù).2.3數(shù)據(jù)記錄(1)u3000線性相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)ls經(jīng)最小二乘法擬合得,傳感器的靈敏度B=3.244×103mv/N,重力加速度g=979.55m/s2(延安),線性相關(guān)系數(shù)r=0.999998.由相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表得,k=7,顯著性水平為0.01時(shí),r=0.874為顯著性標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)在r=0.999998>0.874,是顯著相關(guān),即回歸直線的直線性是很好的.(2)圓的直徑d和直徑d的測(cè)量D1=3.516cm,D2=3.248cm(3)表2顯示了隨著濃度變化而改變甘蔗溶液的表面張力系數(shù)的測(cè)量數(shù)據(jù)液體溫度為18c(4)表3顯示了隨著濃度變化而改變氯化鈉溶液的表面張力系數(shù)的測(cè)量數(shù)據(jù)液體溫度為18c(5)表4顯示了隨著濃度增加而改變酒精溶液的表面張力系數(shù)的測(cè)量數(shù)據(jù)液體溫度為18c3處理處理與調(diào)整3.1蔗糖溶液表面張力系數(shù)隨濃度的相關(guān)檢驗(yàn)根據(jù)表2的測(cè)量數(shù)據(jù),利用Excel作散點(diǎn)圖,如圖2所示.由散點(diǎn)圖可以明顯地發(fā)現(xiàn)這種溶液的表面張力系數(shù)與濃度近似成線性關(guān)系,于是作線性擬合方程α=a+bC,其中a、b為擬合參數(shù),C為溶液的濃度,α為溶液的表面張力系數(shù).根據(jù)表2的測(cè)量數(shù)據(jù),利用最小二乘法求出擬合參數(shù)a、b及相關(guān)系數(shù)r,計(jì)算結(jié)果為a=(72.86±0.11)×10-3N/mb=0.028±0.006N/mr=0.991由相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表得,k=6,顯著性為0.01時(shí),r=0.917為顯著性標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)在r=0.991>0.917,是顯著相關(guān),即回歸直線的直線性是很好的.由此可得蔗糖溶液的表面張力系數(shù)與其隨濃度的經(jīng)驗(yàn)公式為α=72.86×10-3+0.028C式中,當(dāng)C=0時(shí),α=72.86×10-3N/m,是純水的表面張力系數(shù)。在18℃時(shí),純水的表面張力系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值α標(biāo)=73.0×10-3N/m,實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相比,其相對(duì)誤差ε=0.19%,說(shuō)明此經(jīng)驗(yàn)公式確實(shí)可靠.3.2表面張力系數(shù)的擬合根據(jù)表3的測(cè)量數(shù)據(jù),利用Excel作散點(diǎn)圖,如圖3所示.由散點(diǎn)圖可以明顯地發(fā)現(xiàn)這種溶液的表面張力系數(shù)與濃度近似成線性關(guān)系,于是作線性擬合方程α=a+bC,其中a、b為擬合參數(shù),C為溶液的濃度,α為溶液的表面張力系數(shù),根據(jù)表3的測(cè)量數(shù)據(jù),利用最小二乘法求出擬合參數(shù)a、b及相關(guān)系數(shù)r,計(jì)算結(jié)果為a=(76.6±0.3)×10-3N/mb=0.087±0.002N/mr=0.923由相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表得,k=6,顯著性為0.01時(shí),r=0.917為顯著性標(biāo)準(zhǔn),現(xiàn)在r=0.923>0.917,是顯著相關(guān),即回歸直線的直線性是很好的.由此可得氯化鈉溶液的表面張力系數(shù)與其隨濃度的經(jīng)驗(yàn)公式為α=76.6×10-3+0.087C式中,當(dāng)C=0時(shí),α=76.6×10-3N/m,是純水的表面張力系數(shù)。在18℃時(shí),純水的表面張力系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)值α標(biāo)=73.0×10-3N/m,實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相比,其相對(duì)誤差ε=4.9%,說(shuō)明此經(jīng)驗(yàn)公式確實(shí)可靠.3.3表面張力系數(shù)的測(cè)量根據(jù)表4的測(cè)量數(shù)據(jù),利用Excel作散點(diǎn)圖,如圖4所示.由圖4可知,乙醇水溶液的表面張力系數(shù)與濃度的關(guān)系應(yīng)該有:α=α0-ALn(1+BC),式中:A、B為系數(shù),C為乙醇溶液的濃度,當(dāng)C=0時(shí),α=α0,α0為純水的表面張力系數(shù).測(cè)量蔗糖、氯化鈉、乙醇水溶液的表面張力系數(shù)。通過(guò)作圖與擬合,分別建立起了蔗糖溶液、氯化鈉溶液與其濃度的經(jīng)驗(yàn)公式以及乙醇溶液的表面張力系數(shù)與其濃度的關(guān)系式,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式,得出了