Ⅱ.扭力天平法

一、结构原理

拉环法是应用相当广泛的方法，它可以测定纯液体溶液的表面张力；也可测定液体的界面张力。将一个金属环(如铂丝环)放在液面(或界面)上与润湿该金属环的液体相接触，则把金属环从该液体拉出所需的拉力P是由液体表面张力、环的内径及环的外径所决定。设环被拉起时带起一个液体圆柱(如图Ⅲ-23-4)，则将环拉离液面所需总拉力P等于液柱的重量：  

                                   (1)

式中：m是液柱重量，R′是环的内半径；r是环丝半径；R是环的平均半径，即R=R′+r ；σ是液体的表面张力。

实际上，(1)式是理想的情况，与实际不相符合，因为被环拉起的液体并非是圆柱形，而是如图Ⅲ-23-5所示。实验证明，环所拉起的液体形态是R³/V(V是圆环带起来的液体体积，可用P=mg=Vρg的关系求出，ρ为液体的密度)和R/r的函数，同时也是表面张力的函数。因此(1)式必须乘上校正因子F才能得到正确结果。对于(1)式的校正方程为：

图Ⅲ-23-4 环法测表面张力的理想情况    图Ⅲ-23-5 环法测表面张力的实际情况

                                                                            (2)

                                  （3）

    拉力P可通过扭力丝天平测出

                            (4)

式中，r为铂丝半径;L为铂丝长度;α为铂丝切变弹性系数;d为力臂长度;θ为扭转的角度。当r，L，d和α不变时，则:

                      (5)

K为常数，W扭力仅与θ有关，所以σ与θ有关，根据θ即可求得σ值，该值为σ_表观。根据(3)式，实际的表面张力为:

                               (6)

校正因子F可由下式计算:

                           (7)

式中，L为铂环周长;ρ为溶液密度;R为铂环半径;r为铂丝半径。

拉环法的优点是可以快速测定表面张力。缺点是因为拉环过程环经过移动，很难避免液面的振动，这就降低了准确度。另外环要放在液面上，要偏1°，将引起误差0.5%；要偏2.1°，误差达1.6%，因此环必须保持水平。拉环法要求接触角为零，即环必须完全被液体所润湿，否则结果偏低。

二、仪器和药品

1.仪器

环法界面张力仪(即扭力天平)1台；容量瓶(100mL)2个；容量瓶(50mL)6个；移液管(10mL)2只;(5mL)2只。

   图Ⅲ-23-6   扭力天平结构图

A.样品座;B.调样品座螺丝;C.刻度盘;D.游标;F、G.臂;E.调水平螺丝;J、K.制止器;O.游码;P.微调;M.蜗轮把手;R.放大镜;T.水准仪。

2.药品

正丁醇(A.R)。