表面張力的測定方法
時間:2021-11-06 21:27:25;閱讀量:0

表面張力的測定方法

本文指的“表面張力”為靜(態)表面張力,或亦稱平衡態表面張力。

表面張力的測定有多種方法,如:毛細管上升法、滴體積法、環法、吊片法、最大氣泡壓力法、旋轉液滴法等。

本文重點介紹比較實用的幾種方法。

1 環法(du Noüy法)

(鉑)圓環和液體接觸,平衡一定時間,緩慢的將圓環提升,直至拉離液面,在此過程中環面必須保持水準,根據圓環拉離液面時所需的最大力(F)計算表面張力。可以用下式計算表面張力(γ):

γ = f·F/(4πR) = f·F/[4π(R'+r)]

式中:f是校正係數,R是圓環的平均直徑,R'是圓環的內徑,r是圓環環絲的半徑。

環法操作簡便,但理論計算複雜。

對於溶液,所得的表面張力不一定是平衡態值。

一般,表面活性劑溶液濃度不低於CMC時,平衡態會迅速達到。

使用環法測定表面張力時,可以參照以下標準:

(1)GB/T 5549 表面活性劑 用拉起液膜法測定表面張力;

(2)GB/T 22237 表面活性劑 表面張力的測定;

(3)QB/T 1323 洗滌劑 表面張力的測定 圓環拉起液膜法;

(4)SY/T 5370 表面及介面張力測定方法。

2 吊片法(Wilhelmy法)

亦稱平板法,用鉑片(或玻璃片等)替代環法中的圓環。

鉑片垂直懸掛,液面緩慢上升,使得鉑片的底面剛好接觸液面,記錄此時施加於鉑片上的拉力(F)。在此過程中,應確保鉑片的底面和液面在同一高度。可以用下式計算表面張力:

γ = F/[2(l+d)]

式中,l是吊片的寬度,d是吊片的厚度。

吊片法操作簡單,也無需複雜計算,是測定表面張力非常適宜的方法。

採用該法非常容易獲得平衡態值,即便平衡時間很長。

影響該法準確性的重要因素就是,液體必須能很好的潤濕吊片。

使用吊片法測定表面張力時,可以參照以下標準:

(1)GB/T 22237 表面活性劑 表面張力的測定;

(2)SY/T 5370 表面及介面張力測定方法。

3 懸滴法

液滴懸掛于毛細管管口處,保持靜止狀態,液滴的外形主要取決於重力和表面張力的平衡,通過對液滴外形的測定,計算液體的表面張力。計算公式如下所示:

γ = gb2Δρ/β = gDe2Δρ/H

式中,g是重力加速度,b是液滴頂點處的曲率半徑,Δρ是兩相的密度差,β是液滴的形狀參數,De是液滴的最大水準直徑,H是形狀參數的函數。

採用該法非常容易獲得平衡態值,即便平衡時間很長。

懸滴法對測量系統的溫度、振動有很高的要求。

使用懸滴法測定表面張力時,可以參照以下標準:

(1)SY/T 5370 表面及介面張力測定方法。

4 旋轉液滴法

在離心力、重力和表面張力的作用下,氣體在液體中會形成柱形的氣泡,氣泡的形狀由儀器轉速和液體表面張力決定。通過對氣泡外形的測定,計算液體的表面張力。計算公式如下所示:

γ = Aω2D3Δρf(l/D)

式中,A是儀器常數,ω是角速度,D是短軸直徑,Δρ是兩相的密度差,f(l/D)是與氣泡長寬比(l/D)有關的修正係數。

採用該法可以獲得平衡態值,即便平衡時間很長。