接触角的测定实验报告Word文档格式.docx

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上述各种类型示于图1。

图1各种类型的润湿

当液体与固体接触后，体系的自山能降低。

因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自山能降低的多少来衡量。

在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平

面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定所示。

2

接触角的液滴存在，如图

图2接触角假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的YOUng方程，即

Y-Y=Y∙COSθ

（1）

LGSGSL

式中Y，Y，Y分别为固-气、液-气和固-液界面张力；

0是在固、气、液三

SLSGLGoO-I800相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在之间。

接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。

在恒温恒压下，粘附润湿、铺展润湿过程发生的热力学条件分别是：

粘附润湿W=Y-Y+Y$0

（2）LGaSGSL铺展

润湿S=Y-Y-YMo（3）

口沁式中W,S分别为粘附润湿、铺展润湿过程的粘附功、铺展系数。

二若将

（1）

式代入公式

（2）、（3）,得到下面结果：

—γ=γ（l+cosθ）=wγ+γ（4）LGSLSGLGaS=γ-γ-γ=

γ（COSθ-1）（5）LGSLLGSG以上方程说明，只要测定

了液体的表面张力和接触角，便可以汁算出粘附功、铺展系数，进而可以据此来判断各种润湿现象。

还可以看到，接触角的数〃”=90。

作为润湿与否的界限,当据也能作为判别润湿情况的依据。

通常把

00〃越小润湿性能越好；

当＜90°

时，称为润湿，＞90°

称为不润湿，当角等于零时，液体在固体表面上铺展，固体被完全润湿。

接触角是表征液体在固体表面润湿性的重要参数之一，山它可了解液体在

一定固体表面的润湿程度。

接触角测定在矿物浮选、注水采油、洗涤、印染、焊接等方面有广泛的应用。

决定和影响润湿作用和接触角的因素很多。

如，固体和液体的性质及杂质、添加物的影响，固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响，表面污染等。

原则上说，极性固体易为极性液体所润湿，而非极性固体易为非极性液体所润湿。

玻璃是一种极性固体，故易为水所润湿。

对于一定的固体表面，在液相中加入表面活性物质常可改善润湿性质，并且随着液体和固体表面接触时间的延长，接触角有逐渐变小趋于定值的趋势，这是山于表面活性物质在各界面上吸附的结果。

接触角的测定方法很多，根据直接测定的物理量分为四大类：

角度测量法、长度测量法、力测量法，透射测量法。

其中，液滴角度测量法是最常用的，也是最直截了出的一类方法。

它是在平整的固体表面上滴一滴小液滴，直接测量接触角的大小。

为此，可用低倍显微镜中装有的量角器测量，也可将液滴图像投影到屏幕上或拍摄图像再用量角器测量，这类方法都无法避免人为作切线的误差。

本实验

所用的仪器JC2000C1静滴接触角/界面张力测量仪就可采取量角法和量高法

这两种方法进行接触角的测定。

三、仪器与药品

仪器：

JC2000C1界面张力测量仪，微量注射器，容量瓶，银子，玻璃载片，涤

纶薄片，聚乙烯片，金属片（不锈钢、铜等）。

・

试剂：

蒸憎水，无水乙醇，十二烷基苯磺酸钠（或十二烷基硫酸钠）

十二烷基苯磺酸钠水溶液的质量分数：

O.01%,0.02%,0.03%,0.04%,0.05%,

0・1%,0.15%,0.2%,0.25%

四、实验内容

1.考察在载玻片上水滴的大小（体积）与所测接触角读数的关系，找岀测量所需的最佳液滴大小。

2.考察水在不同固体表面上的接触角。

3.等温下醇类同系物（如屮醇、乙醇、异丙醇、正丁醇）在涤纶片和玻璃片上的接触角和表面张力的测定

4・等温下不同浓度的乙醇溶液在涤纶片和玻璃片上的接触角和表面张力的测定

・等温下不同浓度表面活性剂溶液在固体表面的接触角和表面张力的测定5液体：

十二烷基苯磺酸钠溶液浓度（质量分数）:

0.01%,0.02%,0.03%,0.04%,

0.05%,0.1%,0.15%,0.2%,0.25%

6.测浓度为0.丄$十二烷基苯磺酸钠水溶液液滴在涤纶片和载玻片表面上接触角随时间的变化。

五、实验步骤

（-）接触角的测定

（1）开机。

将仪器插上电源，打开电脑，双击桌面上的JC2000C1应用程序进入主界面。

点击界面右上角的活动图象按钮，这时可以看到摄像头拍摄的载物台上的图象。

0.7调焦。

将进样器或微量注射器固定在载物台上方，调整摄像头焦距到

（2）.

倍（测小液滴接触角时通常调到2倍〜2.5倍），然后旋转摄像头底座后面的旋钮调节摄像头到载物台的距离，使得图象最清晰。

（3）加入样品。

可以通过旋转载物台右边的釆样旋钮抽取液体，也可以用微

量注射器压出液体。

测接触角一般用0.6HL〜1.0ML的样品量最佳。

这时可以从活动图象中看到进样器下端出现一个清晰的小液滴。

（4）接样。

旋转载物台底座的旋钮使得载物台慢慢上升，触碰悬挂在进样器下端的液滴后下降，使液滴留在固体平面上。

（5）冻结图象。

点击界面右上角的冻结图象按钮将画面固定，再点击FiIe菜单中的SaVeas将图象保存在文件夹中。

接样后要在20s（最好10S）内冻结图像。

（6）量角法。

点击量角法按钮，进入量角法主界面，按开始键，打开之前保存的图象。

这时图象上出现一个山两直线交义45度组成的测量尺，利用键盘上的Z、X、Q、A键即左、右、上、下键调节测量尺的位置：

首先使测量尺与液滴边缘相切，然后下移测量尺使交义点到液滴顶端，再利用键盘上<

和>

键即左旋和右旋键旋转测量尺，使其与液滴左端相交，即得到接触角的数值。

另外，也可以使测量尺与液滴右端相交,此时应用180°

减去所见的数值方为正确的接触角数据，最后求两者的平均值。

（7）量高法。

点击量高法按钮，进入量高法主界面，按开始键，打开之前保存的图象。

然后用鼠标左键顺次点击液滴的顶端和液滴的左、右两端与固体表面的交点。

如果点击错误，可以点击鼠标右键，取消选定。

（二）表面张力的测定

应用程序进JC2000C1双击桌面上的打开电脑，将仪器插上电源，开机。

（1）.

入主界面。

点击界面右上角的活动图象按钮，这时可以看到摄像头拍摄的载物台上的图象。

0.7

（2）调焦。

将进样器或微量注射器固定在载物台上方，调整摄像头焦距到

倍，然后旋转摄像头底座后面的旋钮调节摄像头到载物台的距离，使得图象最清晰。

加入样品。

可以通过旋转载物台右边的采样旋钮抽取液体，也可以用微（3）量注射器压出液体。

测表面张力时样品量为液滴最大时。

这时可以从活动图象中看到进样器下端出现一个清晰的大液泡。

菜冻结图象。

当液滴欲滴未滴时点击界面的冻结图象按钮，再点击File（4）

将图象保存在文件夹中。

单中的SaVeas悬滴法。

单击悬滴法按钮，进入悬

滴法程序主界面，按开始按钮，打开图像（5）

文件。

然后顺次在液泡左右两侧和底部用鼠标左键各取一点，随后在液泡顶部会出现一条横线与液泡两侧相交,然后再用鼠标左键在两个相交点处各取一点，这时会跳岀一个对话框，输入密度差和放大因子后，即可测出表面张力值。

注：

密度差为液体样品和空气的密度之差；

放大因子为图中针头最右端与最左端的横坐标之差再除以针头的直径所得的值。

六、结果与讨论列表或作图表示所

得实验结果。

初步解释所得结果的原因1水在不同固体表面的接触角的测量表

接触角Q（量角法）固体表面/°

右平均左

8483.584.5钢片65.75

66

65.5

电池盖.

8281.582.5胶片：

L04104104称量纸46・54746长玻璃片47.25

47.5

47

石英片

七、思考题

1.液体在固体表面的接触角与哪些因素有关？

答：

a平衡时间；

b体系温度；

C接触角滞后，其中包括表面不均匀和表面不平;

d吸附作用。

2.在本实验中，滴到固体表面上的液滴的大小对所测接触角读数是否有影响？

为什么？

答:

滴到固体表面上的液体大小对接触角读数无影响。

因接触角只与两两界面（固-气、固-液、液-气）的表面张力有关，即杨氏方程：

Os-g=OS-I+Og-I×

cosθ而表面张力0乂只与物质的本性、温度和压力有关，所以液体大小对接触角读数无影响。

3.实验中滴到固体表面上的液滴的平衡时间对接触角读数是否有影响？

滴到固体表面上的液滴的平衡时间对接触角读数有影响，当体系未达平衡时,接触角会变化，这时的接触角称为动接触角，动接触角研究对于一些粘度较大的液体在固体平面上的流动或铺展有重要意义（因粘度大，平衡时间长）。

八、参考书

1.北京大学化学系胶体化学教研组主编.胶体与界面化学实验•北京大学出版社.1993

2.金丽萍，乌［5时清，陈大勇・物理化学实验・华东理工大学岀版社・2006