Методи вимірювання крайового кута змочування

Крайовий кут змочування знаходять, по основних розмірах крапель ріди-ни, що наноситься на тверду поверхню: висоті h та ширині (діаметру) d рис. 2 .

Рис. 2 . Геометричні розміри крапель рідини

Значення соs  розраховують за формулою

Для випадку коли d/2h можна використовувати спрощену формулу для розрахунку cos 

Параметри краплі h і d вимірюють за допомогою спеціальної установки основним вимірювальним приладом якої є катетометр (типу КМ-6). До складу установки входить вимірювальна чарунка і освітлювальний пристрій для забезпечення контрастності зображення краплі. Для точних вимірювань корис-туються вимірювальною чарункою яка забезпечує сталість об’єму краплі. Схему спрощеної установки наведено на рис. 3.

Рис. 3. Схема установки для вимірювання крайового кута змочування:

1  станина; 2  проекційна лампа; 3 – предметний столик; 4 – скляна пластинка; 5 – досліджувана крапля; 6 – конденсор; 7 – екран, 8 – міліметровий папір

Обладнання та матеріали

Установка для визначення розмірів крапель методом проектування на екран. Парафін. 4 – 5 скляних пластинки. Піпетки об’ємом 1, 5, та 10 мл. Мірна колба об’ємом 50 мл. 810 штук плоскодонних чи конічних колб об’ємом 50 мл. Фільтрувальний папір. Міліметровий папір. Олівець.

Хід роботи

Парафін поміщають в хімічний термостійкий стакан, ставлять на азбесто-вий папір над полум’я газової горілки і розтоплюють. В розтоплений до достат-ньо рідкого стану парафін занурюють скляну пластинку і виймають її давши після цього охолонути. Парафінове покриття на пластинці повинно бути рівно-мірним.

Готують 50 мл вихідного водного розчину ПАР (ПАР і його концентрацію задає викладач). Методом розведення (кратність 1:2) готують 8 – 10 розчинів з різною концентрацією ПАР. Парафіновану скляну пластинку встановлюють на предметний столик установки для дослідження крайового кута змочування (рис. 3). На поверхню скляної пластинки на відстані 1 см одна від одної з допомогою мікропіпетки акуратно по черзі наносять по 3 краплі води. За допомогою освітлювача й оптичної системи добиваються чіткої проекції краплі на екрані. Контури збільшеного зображення краплі акуратно обводять олівцем на мілі-метровому папері. Те саме повторюють з кожною із трьох крапель. Після пере-несення контурів, краплі рідини струшують із пластинки. Аналогічні операції проводять із усіма досліджуваними розчинами ПАР. Після одержання проекцій крапель всіх розчинів ПАР, визначають геометричні розміри крапель, тобто ширину d і висоту h і записують в таблицю. Результати трьох паралельних ви-мірів усереднюють. Дані заносять в таблицю.

Таблиця

Результати вимірювання значень крайового кута змочування

№ колб із розчинами ПАР		1	2	3	4	5	6	7	8
Концентрація розчинів, %
Концентрація розчинів, моль/л
Значення ширини краплі d, мм	1
	2
	3
Середнє значення ширини краплі , мм
Значення висоти краплі h, мм	1
	2
	3
Середнє значення висоти краплі , мм
-
+
Обчислене значення соs

Звіт про лабораторну роботу повинен містити короткі теоретичні відо-мості, методичну частину, міліметровку із нанесеними на ній проекціями кра-пель, приклади обчислень, розрахунків, та висновки. Експериментальні дані наводять у вигляді таблиці та графіка.

Завдання 1. Визначити крайові кути змочування парафінованої скляної поверхні розчинами молекулярних ПАР (пропанол, ізопропанол, бутанол) за вказівкою викладача. Побудувати графік залежності cos  від концентрації ПАР. На основі отриманих результатів зробити висновок про особливості впли-ву концентрації ПАР на значення соs  і на процес змочування в цілому.

Завдання 2. Розтопити стеаринову кислоту і налити шаром 0.5 см в склянку з горячою дистильованою водою (90 ^оС). Дати системі поступово охо-лонути в спокійному стані. Коли температура в склянці стане кімнатною, аку-ратно зняти твердий шар стеаринової кислоти і за методикою описаною вище визначити крайовий кут змочування з боку, що був на воді і з боку, що був повернутий до повітря. Порівняти ці значення і зробити висновок.