表面张力的测定方法
时间:2021-11-06 21:26:30;阅读量:29

表面张力的测定方法

本文指的“表面张力”为静(态)表面张力,或亦称平衡态表面张力。

表面张力的测定有多种方法,如:毛细管上升法、滴体积法、环法、吊片法、最大气泡压力法、旋转液滴法等。

本文重点介绍比较实用的几种方法。

1 环法(du Noüy法)

(铂)圆环和液体接触,平衡一定时间,缓慢的将圆环提升,直至拉离液面,在此过程中环面必须保持水平,根据圆环拉离液面时所需的最大力(F)计算表面张力。可以用下式计算表面张力(γ):

γ = f·F/(4πR) = f·F/[4π(R'+r)]

式中:f是校正系数,R是圆环的平均直径,R'是圆环的内径,r是圆环环丝的半径。

环法操作简便,但理论计算复杂。

对于溶液,所得的表面张力不一定是平衡态值。

一般,表面活性剂溶液浓度不低于CMC时,平衡态会迅速达到。

使用环法测定表面张力时,可以参照以下标准:

(1)GB/T 5549 表面活性剂 用拉起液膜法测定表面张力;

(2)GB/T 22237 表面活性剂 表面张力的测定;

(3)QB/T 1323 洗涤剂 表面张力的测定 圆环拉起液膜法;

(4)SY/T 5370 表面及界面张力测定方法。

2 吊片法(Wilhelmy法)

亦称平板法,用铂片(或玻璃片等)替代环法中的圆环。

铂片垂直悬挂,液面缓慢上升,使得铂片的底面刚好接触液面,记录此时施加于铂片上的拉力(F)。在此过程中,应确保铂片的底面和液面在同一高度。可以用下式计算表面张力:

γ = F/[2(l+d)]

式中,l是吊片的宽度,d是吊片的厚度。

吊片法操作简单,也无需复杂计算,是测定表面张力非常适宜的方法。

采用该法非常容易获得平衡态值,即便平衡时间很长。

影响该法准确性的重要因素就是,液体必须能很好的润湿吊片。

使用吊片法测定表面张力时,可以参照以下标准:

(1)GB/T 22237 表面活性剂 表面张力的测定;

(2)SY/T 5370 表面及界面张力测定方法。

3 悬滴法

液滴悬挂于毛细管管口处,保持静止状态,液滴的外形主要取决于重力和表面张力的平衡,通过对液滴外形的测定,计算液体的表面张力。计算公式如下所示:

γ = gb2Δρ/β = gDe2Δρ/H

式中,g是重力加速度,b是液滴顶点处的曲率半径,Δρ是两相的密度差,β是液滴的形状参数,De是液滴的最大水平直径,H是形状参数的函数。

采用该法非常容易获得平衡态值,即便平衡时间很长。

悬滴法对测量系统的温度、振动有很高的要求。

使用悬滴法测定表面张力时,可以参照以下标准:

(1)SY/T 5370 表面及界面张力测定方法。

4 旋转液滴法

在离心力、重力和表面张力的作用下,气体在液体中会形成柱形的气泡,气泡的形状由仪器转速和液体表面张力决定。通过对气泡外形的测定,计算液体的表面张力。计算公式如下所示:

γ = Aω2D3Δρf(l/D)

式中,A是仪器常数,ω是角速度,D是短轴直径,Δρ是两相的密度差,f(l/D)是与气泡长宽比(l/D)有关的修正系数。

采用该法可以获得平衡态值,即便平衡时间很长。