Поверхностные явления и дисперсные системы. Муратова Е.И - 5 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

Лабораторная работа 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ
Цель работы: измерение поверхностного натяжения; определение зависимости поверхностного натяжения
жидкостей от температуры, природы и концентрации растворенного вещества.
Общие теоретические положения
Поверхностное натяжение σ является важной характеристикой поверхности раздела фаз и поверхностных яв-
лений. Оно характеризует избыток поверхностной энергии, приходящейся на единицу межфазной поверхности и
выражается в Дж/м
2
или Н/м. Чем больше различия в интенсивности межмолекулярных взаимодействий гранича-
щих фаз, тем больше поверхностное натяжение. При температуре 20 °С поверхностное натяжение ртути составля-
ет 485,0 мДж/м
2
, воды – 72,8 мДж/м
2
, этанола –
22,0 мДж/м
2
, подсолнечного масла – 33,0 мДж/м
2
, сливок – 42,0 мДж/м
2
, вина – 45…55 мДж/м
2
.
Поверхностное натяжение раствора σ почти всегда отличается от поверхностного натяжения растворителя σ
0
,
так как растворенные вещества в зависимости от их природы могут концентрироваться на поверхности раствора
или переходить в объем раствора. Вещества, которые уменьшают поверхностное натяжение, называются поверхностно-
активными (ПАВ). ПАВ относительно воды являются спирты, органические кислоты, амины и др.
Поверхностное натяжение индивидуальных веществ на границе с газом повышается с повышением темпера-
туры, причем температурный коэффициент α имеет практически постоянное отрицательное значение. Для боль-
шинства полярных жидкостей
T
T
∆α−σ=
σ
0
, где σ
T
и σ
0
– поверхностное натяжение при температуре Т и стан-
дартной температуре; ∆T – разность температур; α = –dσ/dt.
Наиболее доступными для экспериментального измерения поверхностного натяжения являются системы
жидкость–газ и жидкость–жидкость. Наиболее часто используют статические или полустатические методы, позво-
ляющие измерять равновесные значения поверхностного натяжения жидкостей. К статическим относятся методы
капиллярного поднятия жидкости и висячей (лежащей) капли. Полустатическими являются методы максимального
давления в капле (пузырьке), отрыва кольца или пластины и сталагмометрический метод. Наиболее часто для оп-
ределения поверхностного натяжения применяют следующие методы: наибольшего давления, сталагмометриче-
ский, отрыва кольца и уравновешивания пластинки (метод Вильгельми).
Метод наибольшего давления основан на продавливании пузырька газа или воздуха под воздействием внеш-
нею давления р через калиброванный капилляр радиусом r
0
(рис. 1.1, а). С увеличением давления пузырек растет, а
радиус кривизны его поверхности R превышает радиус капилляра (положение 1 : R > r
0
). Дальнейшее увеличение
объема пузырька будет происходить до тех пор, пока внутреннее давление достигнет своего максимального значе-
ния; радиус кривизны при этом будет минимальным, т.е. R = r
0
(положение 2).
а) б) в) г)
Рис. 1.1 Методы определения поверхностного натяжения:
а – наибольшего давления; б – сталагмометрический; в – отрыва кольца;
г – уравновешивания пластинки
В этот момент пузырек потеряет устойчивость: при увеличении его объема он отрывается от капилляра. Если
в момент отрыва пузырька измерить давление р, то поверхностное натяжение можно выразить следующим обра-
зом:
2
2
0
0
pr
r
p =σ→
σ
=
. (1.1)
Для того чтобы не измерять радиус капилляра, можно определить р для жидкости, поверхностное натяжение
которой известно. В качестве эталонной жидкости часто используют воду. Тогда вместо формулы (1.1) можно за-
писать

Страницы