5.5 Методы определения коэффициента поверхностного натяжения

Коэффициент поверхностного натяжения – важная характеристика вещества, в том числе, и лекарственных средств. Поэтому существует много методов определения коэффициента повехностного натяжения. Рассмотрим два из них.

1. МЕТОД ОТРЫВА КАПЕЛЬ

На рис.5.10 а изображён схематически сталагмометр, в переводе с греческого - каплемер. Объём V сталагмометра заполняется сначала эталонной жидкостью с известным коэффициентом поверхностного

Натяжения , а затем исследуемой жидкостью, коэффициент поверхностного натяжения которойнадо определить. Должны быть также заранее известны плотности эталонной ρ_эт и исследуемой жидкости ρ_х. Теперь считают количество капель, которые упадут из носика сталагмометра пока из него не вытечет объём V и эталонной η_эт и исследуемой жидкости η_х. Количество капель из объёма V определяется массой капли, а масса зависит от коэффициента поверхностного натяжения.

Сила тяжести капли в момент её отрыва от носика сталагмометра равна по абсолютной величине результирующей сил поверхностного натяжения (рис. 5.10 б).

Рис. 5.10. Сталагмометр – а. Равновесие сил поверхностного натяжения F_н и силы тяжести mg при отрыве капли – б.

Результирующая сил поверхностного натяжения

где l - длина контура отрыва на шейке капли.

Таким образом

а масса капли m, в свою очередь,

где - объём одной капли, а ρ- плотность жидкости.

Получаем

Откуда

Отношения коэффициентов поверхностного натяжения исследуемой и эталонной жидкости:

Считая l в обоих случаях одинаковыми, получим:

Откуда

Метод отрыва капель - сравнительный. Для него нужна эталонная жидкость с известным коэффициентом поверхностного натяжения. В качестве эталона чаще всего используется дистиллированная вода.

А следующий метод в эталонной жидкости не нуждается.

2. МЕТОД ОТРЫВА КОЛЬЦА

На поверхность исследуемой жидкости кладётся кольцо из тонкой проволоки, а затем измеряется сила отрыва кольца от поверхности жидкости. ( рис. 5.11а и 5.11б). она равна сумме результирующей сил поверхностного натяжения и силы тяжести кольцаmg.

Рис.5.11. Метод отрыва кольца (объяснения в тексте ).

Результирующая сил поверхностного натяжения

F_H = σ (𝑙_BH + 𝑙_HAР) , где

-длина контура отрыва по внутреннему краю кольца, а - по наружному:

Здесь - внутренний диаметр кольца,- наружный.

Получаем

где - средний диаметр кольца.

И следовательно,

И наконец, искомый коэффициент поверхностного натяжения

Средний диаметр кольца и сила тяжести кольцаmg указываются в паспорте прибора.

ВОПРОСЫ И ЗАДАЧИ К ГЛАВЕ 5

1.Определите на сколько поднимется вода в капилляре радиуса r = 1 мм, если краевой угол смачивания =, а коэффициент поверхностного натяжения.

2. Определите массу капли воды воды из пипетки с радиусом носика r =1мм при температуре t= 20⁰ С, когда коэффициент поверхностного натяжения воды .

3. Чтобы "выгнать" капельки воды из узких капилляров, можно создать разность температур на его концах, подогреть один конец. В какую сторону будет двигаться капелька: а) если она смачивает стенки капилляра (см. рис. 5.12 а), б) если не смачивает ( см. рис. 5.12 б )?

Рис.5.12. К задаче 7.

Где будет больше кривизна менисков: слева или справа?

4. Объясните, почему мытьё химической посуды обычно состоит из двух стадий: замачивания и промывания? Почему замачивание обычно производится при повышенной температуре, а полоскание при пониженной?