移液管最后殘留溶液量的測定與解釋

孟玲菊　王曉忠　梁　娜

（河北民族師范學(xué)院化學(xué)系，河北 承德067000）

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移液管最后殘留溶液量的測定與解釋

孟玲菊王曉忠梁娜

（河北民族師范學(xué)院化學(xué)系，河北 承德067000）

摘要：移液管中最后殘留溶液如何處理的問題一直備受人們關(guān)注，而移液管中最后殘留溶液的體積量與溶液的表面張力有關(guān)，不同溶液的表面張力不同，在移液管中的殘留量也不同。實(shí)驗(yàn)通過表面張力儀利用最大泡壓法測定不同溶液的表面張力，然后用質(zhì)量法和體積法測定不同溶液在移液管中最后殘留溶液的體積，通過比較分析，得出溶液的表面張力越大，殘留在移液管中的體積量越大；溶液的表面張力越小，殘留在移液管中的體積量越小。

關(guān)鍵詞：移液管；殘留量；體積法； 表面張力； 最大泡壓法

前　言

移液管是用來準(zhǔn)確移取溶液體積的儀器，它測量的是放出溶液的體積。它的上部管頸處有一條線，是所移取溶液多少的標(biāo)記[1]。移液管是從事化學(xué)專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)人員常常用到的儀器，在其使用過程中經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)移液管的尖端會有液體殘留，殘留液體積量是多少，它跟什么有關(guān)呢？實(shí)際上移液管中最后殘留液體的體積多少與表面張力有關(guān)。

本實(shí)驗(yàn)我將采用最大泡壓法測定各種溶液的表面張力，并利用體積法和質(zhì)量法測定移液管中最后殘留液體的體積量，找到最后殘留液體的體積量與表面張力的定性關(guān)系。

1 移液管

1.1使用步驟

（1）檢查移液管的尖嘴和管口有沒有破損，如果有則不能使用。

（2）首先用自來水沖洗，然后用鉻酸溶液潤洗，最后用蒸餾水洗滌。

（3）用移液管吸取其容量的1/3液體，將移液管橫拿并轉(zhuǎn)動(dòng)移液管，使待取溶液沾滿整個(gè)移液管內(nèi)壁，重復(fù)3-4次即可。

（4）用吸耳球吸取溶液到標(biāo)線以上約1～2cm，然后把移液管拿出待吸液面，讓尖端在容器內(nèi)壁上停留片刻[1]，用濾紙將移液管尖端外部粘著的液體擦干。

（5）調(diào)節(jié)液面時(shí)要將管內(nèi)液體的凹液面與移液管上端的標(biāo)線相切，把尖端靠在燒杯內(nèi)壁上一下，目的是去掉尖端的液滴。

（6）放液時(shí)要讓移液管保持直立，接收器要傾斜，把管內(nèi)的溶液放完后，讓移液管在接收器上停留15s，在將移液管尖端在接收器口旋轉(zhuǎn)一周[2]。如果移液管上部標(biāo)有“吹”字，就要用吸耳球?qū)⒐軆?nèi)的液體吹出，移液管內(nèi)不應(yīng)該有殘留液體，相反移液管上部如果沒有標(biāo)“吹”字，則殘留在管尖的溶液就不能用吸耳球吹出。

（7）用完的移液管，要把它洗干凈后，放在移液管架上待下次使用[2]。

1.2注意事項(xiàng)

由于移液管是量取溶液體積的精密儀器，溫度太高或太低會影響刻度，所以不能在烘箱中烘干，也不能移取太熱或太冷的溶液；在同一個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中要使用同一支移液管[1]，減少誤差；移液管在使用完之后，要立即用自來水及蒸餾水清洗干凈，放在移液管架上，待下次使用；使用移液管時(shí)，要注意它上部有沒有標(biāo)明“吹”字，如果標(biāo)有“吹”字，則需要用洗耳球?qū)⒐芸跉埩舻囊后w吹出。沒有標(biāo)“吹”字的，千萬不要吹出管口殘留液體，否則會引起所量液體過多[1][2]。

2 表面張力

2.1表面張力的概念

表面張力是發(fā)生在液體和氣體接觸邊界上的一種分子力[3]。在一定溫度和壓力下，表面張力是垂直于單位長度的邊界、與表面相切并指向液體方向的力，用符號表示， =力/總長度，單位：N/m[4]。表面張力的方向和液面相切，并和兩部分的分界線垂直，如果液面是平面，表面張力就在這個(gè)平面上[4]。如果液面是曲面，表面張力就在這個(gè)曲面的切面上[5]。

2.2表面張力的影響因素

表面張力通常隨溫度的升高而降低，這是因?yàn)闇囟壬吆?，分子的振?dòng)加劇，彼此相互作用力有所下降[4]。另外，溫度升高后，氣相與液相的密度差下降，表面分子的剩余的不平衡力也會變小[5]。到達(dá)臨界溫度時(shí)，氣相與液相的密度相等，氣-液界面消失，表面張力趨向于零。表面張力系數(shù)與液體性質(zhì)有關(guān)，與液面大小無關(guān)[5]。

2.3表面張力的測定方法

一般測定表面張力的方法有多種，比如白金板法、滴體積法、懸滴法、白金環(huán)法、最大泡壓法等[6]，由于最大泡壓法所用儀器簡單，操作方便快速，通常采用最大泡壓法測定溶液的表面張力[7]。

3 實(shí)　驗(yàn)

3.1實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

儀器：最大泡壓法表面張力測定儀；吸耳球；20mL移液管；容量瓶；分析天平；

藥品：水；丙三醇；冰乙酸；乙醇。

3.2實(shí)驗(yàn)原理

3.2.1最大泡壓法測定表面張力

最大泡壓法長期以來是測定表面張力教學(xué)必備的方法。本實(shí)驗(yàn)就是用最大氣泡法測定液體的表面張力，其實(shí)驗(yàn)裝置和原理如圖1所示:其中A為表面張力儀，C為抽氣瓶，D為微壓差計(jì)[7]。

圖1　表面張力測定流程圖

將要測量的液體裝在表面張力儀中，使毛細(xì)管底端與液面正好相切，液面就會沿著毛細(xì)管上升，然后打開抽氣瓶的活塞讓水慢慢流下來，達(dá)到抽氣的效果，這樣毛細(xì)管內(nèi)的液面上就會受到一個(gè)比A瓶液面上大的壓力，當(dāng)此壓力差-附加壓力（）在毛細(xì)管底端上產(chǎn)生的作用力略大于毛細(xì)管口液體的表面張力時(shí)，氣泡就會從毛細(xì)管口逸出，這個(gè)附加壓力與表面張力成正比，與氣泡的曲率半徑成反比，其關(guān)系是

式中Δp為附加壓力，σ為表面張力，R為氣泡的曲率半徑。

因?yàn)槊?xì)管的半徑非常小，所以在毛細(xì)管端面形成的氣泡是球形的[6]。當(dāng)實(shí)驗(yàn)開始后，在附加壓力的作用下，毛細(xì)管尖端就會有氣泡產(chǎn)生，起初表面幾乎是平的，這時(shí)氣泡的曲率半徑最大；緊接著氣泡慢慢變大，使其曲率半徑逐漸變小，直到形成半球形，此時(shí)氣泡的曲率半徑R和毛細(xì)管半徑r相等[7]，曲率半徑達(dá)到最小值，由上面的公式可以看出此時(shí)附加壓力達(dá)到最大值，氣泡進(jìn)一步長大，R變大，附加壓力則變小，直到氣泡逸出[8][9][10]。

根據(jù)上面的公式，R=r時(shí)的最大附加壓力為：

由于用同一個(gè)儀器測定不同溶液的表面張力時(shí)毛細(xì)管的半徑是固定不變的，所以將r/2作為儀器常數(shù)K，則上式變?yōu)?/p>

用上述最大泡壓法測定溶液的表面張力，首先查閱資料，20攝氏度下水的表面張力數(shù)值，然后將表面張力儀中裝入蒸餾水，開始實(shí)驗(yàn)，然后讀取三個(gè)ΔP最大值，然后求平均值p’由公式：①從而可以求出儀器系數(shù)K。再將其他液體放入儀器中，同上得出一個(gè)三個(gè)的平均值，在根據(jù)公式①就可以得出不同液體的表面張力，就可以一一將不同溶液的表面張力求出,并仔細(xì)記錄數(shù)據(jù)。

3.2.2體積測定原理

3.2.2.1質(zhì)量法原理

稱量20mL液體的質(zhì)量，然后將液體按正常操作放出，將最后殘留在移液管中的液體吹入干燥的容器中，稱量殘留液的質(zhì)量，則殘留液的體積從而就可以求出殘留在移液管中液體的體積。

3.2.2.2體積法

用20mL移液管量取20mL液體，將液體按正確操作放入容器中，將最后殘留液體吹入5mL小量筒中，待所收集的液體為5mL時(shí)，記錄總滴數(shù)N，求平均一次的體積

3.3實(shí)驗(yàn)步驟及數(shù)據(jù)記錄

3.3.1表面張力的測定

表1　不同溶液的值

表1　不同溶液的值

水丙三醇　冰乙酸　乙醇595　526　278　199（Pa）599　521　280　196 601　521　285　192平均值（Pa）　598.3　522.7　281.0　195.7

3.3.2質(zhì)量法

用分析天平稱量干燥潔凈的容量瓶，記下質(zhì)量m1,然后在用20mL移液管移取20mL液體，將液體放入容量瓶中，蓋好蓋子，再次稱量容量瓶和20mL液體的質(zhì)量，記下質(zhì)量m2，則20mL溶液的質(zhì)量為m0=（m2-m1）。多次測量求平均值，得出20mL該液體的質(zhì)量m0。

用分析天平稱量一下容量瓶的質(zhì)量，記下質(zhì)量m1，在用20mL移液管在燒杯中吸取20mL液體，在將液體按正確的操作步驟放入燒杯中，待15秒后無液體流出時(shí)將移液管中的殘留液體用吸耳球吹入容量瓶中，再次記錄質(zhì)量m2，則移液管最后殘留液的質(zhì)量為m=（m2-m1）,多次測量求平均值，得出該液體在移液管中最后殘留液的質(zhì)量m。所以最后一滴溶液的體積為v/m=20mL/m0,求出x及為最后一滴溶液的體積。記錄數(shù)據(jù)如表2。

3.3.3體積法

用20mL移液管量取20mL液體，將液體按正常操作放入容器中，將最后殘留液吹入5mL小量筒中，待所收集的液體為5mL時(shí)，記錄總滴數(shù)N，求平均一滴的體積值V=5mL/N。記錄數(shù)據(jù)如表3。

表3　體積法測的殘留液量的數(shù)據(jù)

3.4數(shù)據(jù)處理

（1）表面張力

用蒸餾水測定表面張力儀的儀器系數(shù)。已知水在20℃時(shí)的表面張力σ是0.07275Nm-1 ，用表面張力儀測定的壓力差最大值如表1

（2）質(zhì)量法

（3）體積法

表4　不同溶液表面張力與最后殘留溶液量的數(shù)據(jù)

4 結(jié)　論

不同溶液的表面張力不同，移液管中最后殘留溶液量也不同。通過仔細(xì)分析比較表4中的數(shù)據(jù)可知：移液管中最后殘留溶液的體積量與溶液表面張力的大小有關(guān)系。即溶液的表面張力越大，殘留在移液管中的體積量越大；溶液的表面張力越小，殘留在移液管中的體積量越小。

參考文獻(xiàn)：

[1]武漢大學(xué)主編.分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京:高等教育出版社,2011.

[2]華中師范大學(xué).東北師范大學(xué)等編.分析化學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2011.

[3]武漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院. 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].武漢:武漢大學(xué)出版社,2000.

[4]沈文霞.物理化學(xué)核心教程(第二版) [M].科學(xué)出社.2009,8.

[5]王秀蘭.液體的表面張力淺議[J].教學(xué)與管理：理論版.2002,(4):51-52.

[6]劉勇健,孫康.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2005.

[7]東北師范大學(xué)等校.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京:高等教育出版社,2013.

[8]王健英，丁越，季曉菁等.最大氣泡法測定液體表面張力的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J].藥學(xué)教育.2012,(6):51-53. [9]靳永勝.最大壓力氣泡法測定溶液表面張力的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)[J].河南廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào).1999,(2):27-28. [10]莊志萍.孫鵬琦.馬天慧等.溶液表面張力測定實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].大學(xué)化學(xué).2003,(3):48-49.

Measurement and Interpretation of Final Residue Solution in the Pipette

MENG Ling-ju, WANG Xiao-zhong
(Department of Chemistry, Hebei Normal University for Nationalities, Chengde,Hebei 067000, China)

Abstract:Final residues volume in the pipette is related to the surface tension of solution. Different solution has different surface tension, and the last residue volume in the pipette is also different.This experiment measured the surface tension of different solution by surface tension instrument by maximum bubble pressure method and measured the last residue volume of different solution in the pipette by quality and volume methods. Through a comparative analysis, it is concluded that the surface tension of the solution is in inverse ratio to the residual volume in the pipette.

Key words:pipette; residue volume; volume method; surface tension; the maximum bubble pressure method

作者簡介：孟玲菊（1979-），女，河北石家莊人，河北民族師范學(xué)院化學(xué)系教師，研究方向?yàn)殡x子液體及電化學(xué)；王曉忠（1965-），男，河北承德人，河北民族師范學(xué)院化學(xué)系教師，研究方向?yàn)橛袡C(jī)合成。

收稿日期：2015-10-29

中圖分類號：O6-32

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-3763（2016）02-0115-06