稀有金属 2003,(01),196-198 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2003.01.052
氟钽酸钾及其混合熔盐体系表面张力的测定
刘卫国 杨新山 王向东
摘 要：
推导了柱体最大拉力法的一个经验公式用于测定熔盐体系的表面张力 , 并验证了该公式的正确和实用性 , 并用该最大拉力法测定了氟钽酸钾及其和氯化钠、氯化钾、氟化钠、氟化钾等混合熔盐体系在熔融状态下的表面张力
关键词：
氟钽酸钾 ;表面张力 ;最大拉力法 ;
中图分类号： O647
收稿日期： 2002-11-05
Surface Tension of Potassium Fluotantalate and Its Mixed Melt-Salt System
Abstract：
The surface tension of potassium fluotantalate and its mixed melt salt system with sodium chloride, potassium chloride, sodium fluoride, potassium fluoride was measured by the greatest pulling force method An empirical formula of the greatest pulling force method is derived and validity and usability are proved.
Keyword：
potassium; fluotantalate; surface tension; Greatest pulling force method;
Received： 2002-11-05
小型化、 轻量化、 便携化是现在及将来电子设备发展的一个方向, 这就需要性能更高, 体积更小和重量更轻的电子元器件, 钽电容器就是这样的一个例子。 由于氟钽酸钾还原和后处理工艺的进步, 钽粉的比容已由原来几千 (3000 μFV·g-1 ) 提高到几万 (100000 μFV·g-1 ) , 进一步提高钽粉的比容和质量, 就需要更加深刻了解氟钽酸钾的还原机制和还原体系的性质。 本文是对氟钽酸钾及其混合熔盐体系表面张力测定的研究工作。
1 实验原理
熔盐的表面张力一般用毛细管法或静滴法测定, 这两种方法设备复杂, 计算也比较烦琐
[1 ]
。 最近有的研究人员用双柱体法同时测定熔体的密度和表面张力
[2 ]
, 该方法在操作方面较为精细, 控制有一定难度。 由于我们已经测定了氟钽酸钾及其混合熔盐体系的密度, 因此我们采用柱体最大拉力法
[3 ]
测定氟钽酸钾及其混合熔盐体系表面张力, 该方法设备简单, 操作也容易控制, 数据的重复性很好。
实验用一个白金制成的双锥体, 其顶头部分为一圆柱体 (见图1) , 将该锥体浸入熔体的液面下, 缓缓向上拉动锥体, 当锥体柱面浮出液面上时, 由于熔体的表面张力作用, 锥体柱面拉起液面, 继续向上拉动锥体, 拉力逐渐增大, 当熔体液面和柱体的表面要断开的一瞬间, 锥体向上的拉力达到最大。 此时, 根据受力平衡, 则:
式中: W 1 (kg) 为最大拉力时天平测得的重量, W 0 (kg) 为断开后锥体的重量, g 是重力加速度 (m·s-2 ) , γ (N·m-1 ) 为熔体的表面张力, r (m) 为柱体的半径。 实验中将实验环境影响、 仪器因数和常数一起归并为仪器常数K , 则
从式中可以看出, 熔体的表面张力γ 和最大拉力时天平测得的重量W 1 成线性关系。
2 实验方法
2.1 实验装置
实验装置如图2所示: 用坩埚炉加热熔体, 控温仪DT702控制坩埚炉温度, 用热重天平称量白金锥体的重量 (精度0.1 mg) 。 盛熔体的坩埚, 锥体和吊丝均用白金材料制成。 实验中, 首先使白金锥体悬浮在熔体液面之上, 然后慢慢升起坩埚, 通过天平重量的变化来确定锥体和熔体液面的接触点, 然后缓缓降低坩埚和其中的熔体液面, 到一定程度时天平的重量逐渐增大, 到天平重量达最大处, 突然下降, 此时, 熔体液面和锥体接触面断开。
图1 实验原理图
Fig.1 Figure of experiment principle
表面张力测定值的离散性一般比较大, 测定时, 至少三次最大重量的结果在1 mg之内, 结果即视为准确。
图2 实验装置示意图
Fig.2 Scheme of experiment equipment
1 热重天平; 2 白金丝; 3 白金锥体; 4 白金坩埚; 5 坩埚炉; 6 升降螺旋; 7 控温仪
2.2 实验试剂
氟钽酸钾, 由宁夏有色金属冶炼厂提供, 分析纯级。 氯化钠, 氯化钾, 氟化钠, 氟化钾均为分析纯试剂, 一般的氟化钾含结晶水, 需在镍坩埚中高温脱水使之成为无结晶水的纯氟化钾, 存于干燥容器中待用。
3 方法验证
首先用纯水在室温下确定公式2中的仪器常数K 。 K 值确定后, 在室温下测定乙醇和丙酮的表面张力, 在高温下测定氯化钠和氯化钾熔盐的表面张力, 把这些测定值和文献标准值进行比较, 结果见表1。
由表1的内容可以看出, 用最大拉力法测定的熔盐体系表面张力值和文献的标准值比较。 误差在1%之内, 因此该方法是可靠的。
4 实验结果
含有氯化钠体系的熔盐在温度高于1020 K时, 熔盐挥发, 该挥发物附着在锥体的表面上, 在锥体浸入熔盐中时, 附着物又熔于熔盐中, 这使得每次测定的最大重量变化很大, 因此无法测定含有氯化钠体系的熔盐在1020 K以上的表面张力。 实验结果见表2～7。
表1 几个标准物的表面张力 下载原图
Table 1 Surface tension of standard substance
表中的测定值和标准值均为表面张力值 (N·m-1)
表1 几个标准物的表面张力
表2 氟钽酸钾的表面张力 下载原图
Table 2 Surface tension of potassium fluotantalate
表2 氟钽酸钾的表面张力
表3K2TaF7∶NaF∶KF∶KCl=1∶0.1∶0.4∶1的表面张力
Table 3 Surface tension of K 2 TaF 7 NaF∶KF∶KCl=1∶0.1∶0.4∶1
977.15
1007.15
1043.15
1088.15
-1 ) 0.111
0.109
0.107
0.106
表4K2TaF7∶NaF∶KF∶KCl=1∶0.7∶1∶2的表面张力
Table 4 Surface tension of K 2 TaF 7 NaF∶KF∶KCl=1∶0.7∶1∶2
976.15
1013.15
1054.15
1092.15
-1 ) 0.115
0.113
0.111
0.107
表5K2TaF7∶NaF∶KF∶KCl=1∶0.8∶2∶3.5的表面张力
Table 5 Surface tension of K 2 TaF 7 NaF∶KF∶KCl=1:0.8∶2∶3.5
983.15
1023.15
1063.15
1103.15
-1 ) 0.115
0.112
0.109
0.106
表6K2TaF7∶NaF∶KF∶KCl=1∶0.5∶0.9∶1.4的表面张力
Table 6 Surface tension of K 2 TaF 7 NaF∶KF∶KCl=1∶0.5∶0.9∶1.4
1023.15
1063.15
1103.15
1144.15
1183.15
-1 ) 0.115
0.113
0.112
0.111
0.110
表7K2TaF7∶NaCl∶KF∶KF=1∶1:0.38∶0.21的表面张力
Table 7 Surface tension of K 2 TaF 7 NaCl∶KF∶KF=1∶1∶0.38∶0.21
1013.15
-1 ) 0.119
5 结论
1. 推导了柱体最大拉力法的一个经验公式, 并验证了其正确和实用性。
2. 用最大拉力法测定了氟钽酸钾及其与氯化钠、 氯化钾、 氟化钠、 氟化钾混合熔盐体系在熔融状态下的表面张力。
3. 混合熔盐体系的表面张力大于单体氟钽酸钾熔盐的表面张力。
参考文献
[1] 王常珍. 冶金物理化学研究方法 (修订版) 北京:冶金工业出版社, 1992365
[2] 张国藩, 崔传孟, 徐秀光. 东北大学学报1996, 17 (5) :503
[3] BockrisJOM . Physicochemica;MeasurementsatHighTempre tureLondon:ButterworksScientificPubkications, 1959:194
[4] 物理化学手册上海:上海科学技术出版社1985:490
[5] JanzGJ , TomkinsRP . J Phys chemRefData., 1975, 4 (4) :883.
[6] JanzGJ , TomkinsRP . J Phys chemRefData., 1974, 3 (1) :495.
