物化结课论文

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：
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完成时间：2013 年 6 月 25 日
目录
一. 摘要----------------------------------------------------------------------1 二．正文-----------------------------------------------------------------------1 三．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。

1.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γ=1 /2( ρ1-ρg）g h r cosθ。

(1)
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，ρ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，但温度一般不超过100 0C，压强不超过13.8MPa。

1.3缺点：
(1)不易选得内径均匀的毛细管和准确测定内径值。

(2)液体与管壁的接触角不易测量。

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(3)溶液的纯度会对表面张力的测量造成不同程度的影响。

(4)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=ρgt+2γ/r.
2.2优点：
这是由Si~于1851年提出的方法，后来由Canter,Jaeger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:
(1)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;
(2)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;
(3)毛细管的半径不易准确测定;
(4)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;
(5)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。

2.4改进:
(1)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。

(2)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。

(3)快速调整液面:如果事先在大试管壁上作了标记(如用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。

(4)毛细管的半径的测定:测定不同温度下的ΔP，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
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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：
(1)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。

(2)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。

(3)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。

(4)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。

(1)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。

(2)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。

(3)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。

2.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。

(1)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。

(2)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;高温下一般采用差分毛细管上升法，最大气泡压力法;低温高压下采用差分毛细管上升法;高温高压下一般采用悬滴法，也逐渐开始采用震荡射流法和差分最大气泡压力法。

(3)可用于高温高压的方法可以用于高温测量的有差分毛细管上升，旋滴法，悬滴法，差分最大气泡压力法;可以用于高压的有(差分)毛细管上升，悬滴法.差分最大气泡压力法等。

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