接触角的测定实验报告

液一固界面接触角得测量实验报告

一、实验目得、了解液体在固体表面得润湿过程以及接触角得含义与应用

1、掌握用静滴接触角/界面张力测量仪测定接触角和表面张力得方法2J C2000C1

二、实验原理润湿就就是自然界和生产过程中常见得现象通常将固-气界面被固-液界面所取代得过程称为润湿将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有得会铺展开来，有得则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿如水滴在干净玻璃板上可以产生铺展润湿如果液体不粘附而保持椭球状，则称为不润湿如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上得情况此外，如果就就是能被液体润湿得固体完全浸入液体之中,则称为浸湿上〃〃〃〃〃，〃〃〃铺展润湿拓附湿润述各种类型示于图lo图1各种类型得润湿当液体与固体接触后，体系得自由能降低因此,液体在固体上润湿程度得大小可用这一过程自由能降低得多少来衡量在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平面上叱液滴能不猊润浸湿自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角得液滴存在，如图所示2假定不同得界面间力可用作用在界面方向得界面张力来表示，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得分力之和应等于零，这个平衡关系就就就是著名得方程，即Young•c°S eYSG-YSL=/LG1式中？九分另为固-气、液-气和固-液界面张力；夕就就是在固、气、液三相交SG,G,YSL界处，自固体界面经液体内部到气液界面得夹角，称为接触角，在之间接触角0-180就就是反应物质与液体润湿性关系得重要尺度在恒温恒压下，粘附润湿、铺展润湿过程发生得热力学条件分别就就是粘附润湿W—/s G-/SL+/LGa2铺展润湿S-用-VsL》G—LG0⑶式中分别为粘附润湿、铺展润湿过程得粘附功、铺展系数若将式代入公式⑵、得到下面结果13,叱=二？+cos6YSG+YLG-YSL LG14S=^G-%L--LG=YLGCO S9-15以上方程说明，只要测定了液体得表面张力和接触角，便可以计算出粘附功、铺展系数，进而可以据此来判断各种润湿现象还可以看到，接触角得数据也能作为判别润湿情况得依据通常把％°作为润湿与否得界限，当，,称为不润湿，当e时，990°90°称为润湿越小润湿性能越好;当角等于零叱液体在固体表面上铺展，固体被完全润湿4接触角就就是表征液体在固体表面润湿性得重要参数之一，由她可了解液体在一定固体表面得润湿程度接触角测定在矿物浮选、注水采油、洗涤、印染、焊接等方面有广泛得应用决定和影响润湿作用和接触角得因素很多如，固体和液体得性质及杂质、添加物得影响，固体表面得粗糙程度、不均匀性得影响,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就就是一种极性固体，故易为水所润湿对于一定得固体表面，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得延长，接触角有逐渐变小趋于定值得趋势，这就就是由于表面活性物质在各界面上吸附得结果接触角得测定方法很多，根据直接测定得物理量分为四大类:角度测量法、长度测量法、力测量法,透射测量法其中，液滴角度测量法就就是最常用得，也就就是最直截了当得一类方法她就就是在平整得固体表面上滴一滴小液滴，直接测量接触角得大小为此，可用低倍显微镜中装有得量角器测量，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得误差本实验所用得仪器静JC2000C1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得测定

三、仪器与药品仪器:界面张力测量仪,微量注射器，容量瓶，镶子，玻璃载片，涤纶薄片，JC2000C1聚乙烯片，金属片（不锈钢、铜等）试剂:蒸馅水，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得质量分数、、、、、、、001%,002%,003%,004%,005%,01%,

0、、15%,02%,025%

四、实验内容、考察在载玻片上水滴得大小（体积）与所测接触角读数得关系，找出测量所需得最佳1液滴大小、考察水在不同固体表面上得接触角

2、等温下醇类同系物（如甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇）在涤纶片和玻璃片上得接触角3和表面张力得测定、等温下不同浓度得乙醇溶液在涤纶片和玻璃片上得接触角和表面张力得测定、等温下45不同浓度表面活性剂溶液在固体表面得接触角和表面张力得测定液体:十二烷基苯磺酸钠溶液液度（质量分数）、、、、、、、、:001%,002%,003%,004%,005%,01%,015%,

0、2%,025%、测浓度为、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601%得变化

五、实验步骤

（一）接触角得测定（）开机将仪器插上电源，打开电脑,双击桌面上得应用程序进入主界面1JC2000C1点击界面右上角得活动图象按钮，这时可以看到摄像头拍摄得载物台上得图象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、倍测小207液滴接触角时通常调到倍、倍,然后旋转摄像头底座后面得旋钮调节摄像头到载物2〜25台得距离，使得图象最清晰加入样品可以通过旋转载物台右边得采样旋钮抽取液体,也可以用微量注射器压3出液体测接触角一般用、、得样品量最佳这时可以从活动图象中看到进样06RL~1ORL器下端出现一个清晰得小液滴接样旋转载物台底座得旋钮使得载物台慢慢上升,触碰悬挂在进样器下端得液滴4后下降，使液滴留在固体平面上冻结图象点击界面右上角得冻结图象按钮将画面固定,再点击菜单5File中得将图象保存在文件夹中接样后要在最好内冻结图像Save as20s10s量角法点击量角法按钮,进入量角法主界面，按开始键，打开之前保存得图象这时6图象上出现一个由两直线交叉度组成得测量尺,利用键盘上得、、、键即左、右、45Z XQ A上、下键调节测量尺得位置首先使测量尺与液滴边缘相切，然后下移测量尺使交叉点到液滴顶端,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，即得到接触角得数值另夕卜，也可以使测量尺与液滴右端相交，此时应用减去所见得180°数值方为正确得接触角数据，最后求两者得平均值量高法点击量高法按钮,进入量高法主界面，按开始键，打开之前保存得图象然后7用鼠标左键顺次点击液滴得顶端和液滴得左、右两端与固体表面得交点如果点击错误，可以点击鼠标右键，取消选定二表面张力得测定开机将仪器插上电源，打开电脑,双击桌面上得应用程序进入1JC2000C1主界面点击界面右上角得活动图象按钮，这时可以看到摄像头拍摄得载物台上得图象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207摄像头底座后面得旋钮调节摄像头到载物台得距离，使得图象最清晰加入样品可以通过旋转载物台右边得采样旋钮抽取液体，也可以用微量注射器压出液3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得大液泡冻结图象当液滴欲滴未滴时点击界面得冻结图象按钮,再点击菜单中得4File Sav ea s将图象保存在文件夹中⑸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，这时会跳出一个对话框，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得密度之差;放大因子为图中针头最右端与最左端得横坐标之差再除以针头得直径所得得值

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得原因表水在不同固体表面得接触角得测量1固体表面接触角0量角法/°左右平均钢片、、83584584电池盖、、655666575胶片、、81582582称量纸104104104长玻璃片、4647465石英片、、475474725

七、思考题、液体在固体表面得接触角与哪些因素有关？1答平衡时间；a体系温度；b接触角滞后，其中包括表面不均匀和表面不平；c吸附作用d、在本实验中，滴到固体表面上得液滴得大小对所测接触角读数就就是否有影响？为什2么？答:滴到固体表面上得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、固一液、液-气）得表面张力有关，即杨氏方程:而表面张力oS—g=a S—1+ag-1X C0s6又只与物质得本性、温度和压力有关,所以液体大小对接触角读数无影响、实验中滴到固体表面上得液滴得平衡时间对接触角读数就就是否有影响？3答滴到固体表面上得液滴得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，这时得接触角称为动接触角，动接触角研究对于一些粘度较大得液体在固体平面上得流动或铺展有重要意义（因粘度大,平衡时间长）

八、参考书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

1.1993版社、郭时清，陈大勇、物理化学实验、华东理工大学出版社、2006金丽萍,

2.。