ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Определение полной поверхностном энергии жидкостей из "Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии" Цель работы измерение поверхностного (межфазного) натяжения определение зависимости поверхностного натяжения чистых жидкостей от температуры расчет полной поверхностной энергии и ее составляющих. [c.11] В соответствии с уравнениями (1.8) и (1.9) полная поверхностная энергия Us содержит две составляющие qs и а. С повышением температуры поверхностное иатяжение ст уменьшается, а теплота образования единицы поверхности увеличивается. Это объясняется тем, что с повышением температуры расстояние между молекулами в жидких телах увеличивается и соответственно равнодействующая межмолекулярных сил (и, следовательно, поверхностное натяжение) уменьшается. Вместе с тем с ростом разрыхленности поверхностного слоя увеличивается его энтропия. При линейной зависимости поверхностного натяжения от температуры, что обычно наблюдается для большинства жидкостей, поверхностное натяжение уменьшается на величину Тйа/йТ, тогда как энтропийная составляющая увеличивается. Таким образом, полная поверхностная энергия для таких систем является температурным инвариантом. [c.11] Для определения полной поверхностной энергии необходимо знать поверхностное натяжение и его температурный коэффициент. [c.11] Наиболее доступными для экспериментального измерения поверхностного натяжения являются системы жидкость — газ и жидкость — л идкость. Существующие методы дают возможность измерять о при неподвижной межфазной поверхности (статические) и при движущейся поверхности раздела (динамические). Недостатком динамических методов является сложность их аппаратурного оформления. Кроме того, для надежного измерения поверхностного натяжения растворов, и, в частности, растворов ПАВ, необходимо их выдерживать определенное время для установления равновесия в поверхностном слое. [c.11] На практике наиболее часто используют статические или полуста-тические методы, позволяющие измерять равновесные значения поверхностного натяжения жидкостей. К статическим относятся методы капиллярного поднятия жидкости и висячей (лежащей) капли. Полу-статическими являются методы максимального давления в капле (пузырьке), отрыва кольца или пластины и сталагмометрический метод. [c.11] Последнее соотношение известно как уравнение Жюрена. Таким образом для определения поверхностного натяжения жидкостей этим методом экспериментально находят высоту поднятия /г, радиус капил-ляра г и угол смачивания 0. Метод капиллярного поднятия является одним из наиболее точных (относительная погрешность менее 0,01 %) Метод максимального давления в пузырьке основан на измерении давления, при котором происходит огрыв пузырька газа (воздуха), выдуваемого в жидкость через капилляр. [c.12] При определении поверхностного натяжения методом максимального давления в нузырьке следует также учитывать гидростатическое давление слоя жидкости, находящейся над ним. Однако, если глубина погружения капилляра в жидкость незначительна и радиус г мал, поправкой на это давление можно пренебречь. [c.12] Максимальное давление в пузырьке в простейн[ем варианте можно измерить с помощью прибора Ребиндера (рис. 2). Прибор состоит из измерительной ячейки 4 с капилляром 3, аспиратора /, с помощью которого создают внешнее давление, и микромаиомет[)а. [c.12] Манометр устанавливают в горизонтальном положении с помощью регулировочных ножек (установка производится по уровню микроманометра). [c.13] Вращая регулятор уровня 6 манометрической жидкости, устанавливают мениск в манометрической трубке против нулевой отметки. Кран 5 пойорачивают по часовой стрелке, соединяя микроманометр с системой разрежения. Открывают кран аспиратора I. В установке создается разрежение, в результате чего манометрическая жидкость поднимается в трубке 8. [c.13] ЖИДКОСТЬ Стж-ж- Например, Ож-ж можно определить с помощью универсального газового прибора УГАЗП-1 КТ, предложенного П. П. Пугаче-вичем. Упрощенная схема этого прибора приведена на рис. 3. При нагревании воздуха в баллоне б под действием возникающего избыточного давления Ар жидкость с плотностью pi выдавливается из капилляра 3 в жидкость с плотностью р2 (Р2 pl). [c.14] Таким образом, измерив максимальное смещение границы раздела фаз h в манометрической трубке относительно среза капилляра, можно рассчитать межфазное (и поверхностное — при продавливании воздуха) натяжение. Важным преимуществом этого метода является то, что в расчетное уравнение (1.32) не входит краевой угол. [c.14] Метод отрыва кольца. Определение поверхностного натяжения методов отрыва кольца сводится к измерению силы Р, необходимой для отрыва проволочного кольца от поверхности жидкости. Одним из основных условий определения а рассматриваемым методом является полное смачивание кольца исследуемой жидкостью. В этом случае при отрывании кольца вместе с ним поднимается и столбик жидкости, сила тяжести которого равна приложенной силе. Отрыву жидкости препятствуют силы поверхностного натяжения. В момент равновесия, когда внешнее усилие достигает значений сил поверхностного натяжения, столбик жидкости разрушается, и кольцо отрывается от поверхности жидкости. [c.15] Максимальное усилие Р обычно измеряют с помощью прибора — чувствительных торзионных весов. Схема прибора приведена на рис. 4. Основной частью прибора является платиновое кольцо 7, подвешенное к крючку 6 коромысла весов. Равномерное усилие для отрыва кольца от поверхности исследуемой жидкости создают поворотом барабана 2. Силу Р фиксируют по шкале весов с помощью стрелки 3. [c.15] При выполнении измерения необходимо соблюдать следующие условия 1) плоскость кольца и поверхность жидкости должны быть строго параллельны и горизонтальны 2) кольцо должно перемещаться поступательно, медленно поднимаясь вверх. [c.16] Перед измерениями проверяют правильность установки весов по уровню. Кольцо тщательно промывают в хромовой смеси и дистиллированной воде и осторожно высушивают фильтровальной бумагой. Подготовленное к работе к( льцо подвешивают на крючок торзионны с весов. Исследуемую жидкость слоем толщиной 5—7 мм наливают в чашку 8 и чашку устанавливают на подвижный столик 5. При этом кольцо 7 не долх но касаться жидкости, поэтому столик предварительно опускают вниз до упора с помощью винта I. Освободив арретир 10 весов путем поворота его, вращением барабана 2 приводят левую неподвижную стрелку 3 на нулевое деление шкалы. С помощью винта 1 столик с чашкой поднимают вверх до касания кольца поверхности жидкости. Затем вращением этого же винта подвижный ст(злик опускают вниз до тех пор, пока правая подвижная стрелка весов 4 не достигнет красной черты на правой шкале, что соответствует установке прибора в рабочее положение. [c.16] Поворачивают левый барабан 2 (от себя) и регистрируют положение стрелки 3 в момент отрыва кольца от поверхности жидкости. [c.16] Вернуться к основной статье