Методи визначення поверхневого натягу

1. Метод підрахунку крапель

Цей метод ще називається сталагмометричним, оскільки в ньому застосовують прилад, який має назву сталагмометр (рис. 7).

Для визначення поверхневого натягу досліджувану рідину засмоктують у прилад вище верхньої мітки 1 і спостерігають за її витіканням. Коли меніск рідини опуститься до мітки 1, починають рахувати краплі. Підрахунок ведуть до тих пір, поки меніск не дійде до нижньої мітки 2. Таким чином визначають число крапель, утворених при витіканні певного об’єму рідини, обмеженого двома мітками. Об’єм краплі тим більший, а число крапель n тим менше, чим більший поверхневий натяг рідини  та менше її густина .

Рис. 7. Сталагмометр

За допомогою сталагмометра найчастіше проводять порівняльне визначення поверхневого натягу, тобто визначають  досліджуваної рідини за відомим поверхневим натягом стандартної рідини ₀. У якості стандартної рідини застосовують, як правило, воду. Значення ₀ води за різних температур наведено в табл. 2.1.

Таблиця 2.1. Поверхневий натяг води ₀ в Дж/м²

t, 0C	12	14	15	16	17	18	19	20
0·103	73,9	73,6	73,5	73,3	73,2	73,0	72,9	72,7
t, 0C	21	22	23	24	25	26	28	30
0·103	72,6	72,4	72,3	72,1	72,0	71,8	71,5	71,2

За визначеним числом крапель для води n₀ та для досліджуваної рідини n, густиною обох рідин та поверхневим натягом води ₀ розраховують поверхневий натяг досліджуваної рідини за формулою:

.

(2.7)

2. Метод максимального тиску газового пухирця (метод Ребіндера)

В основі методу лежить визначення тиску P, який необхідний для витискування пухирців газу з капіляра в рідину. Цей тиск залежить від поверхневого натягу рідини  та радіусу капіляра r:

(2.8)

Вимірявши тиск P₀ для стандартної рідини з відомим поверхневим натягом ₀ (наприклад, для води) та тиск P для досліджуваної рідини, можна розрахувати її поверхневий натяг  за співвідношенням

.

(2.9)

Принципову схему приладу Ребіндера зображено на рис. 8.

Для визначення тисків Р₀ та Р через капіляр 2, що торкається поверхні досліджуваної рідини, за допомогою вакуумного насосу засмоктуються пухирці повітря, які при цьому долають опір рідини в капілярі. В момент відриву пухирця від кінця капіляру перепад тиску компенсує капілярний тиск рідини. Величину такого перепаду визначають за максимальним показанням манометра.

Вимірявши максимальний тиск газового пухирця для стандартної рідини та досліджуваного розчину, розраховують поверхневий натяг останнього за формулою (2.9).

Рис. 8. Схема установки Ребіндера для вимірювання поверхневого натягу (а) і схема занурення капіляра у рідину (б): 1 – пробірка з розчином; 2 – капіляр; 3 – аспіратор; 4 – манометр.

Робота 2.1. Адсорбція на поверхні рідини

Метою роботи є дослідження закономірностей адсорбції ПАР на рідкій поверхні, встановлення параметрів адсорбційного процесу та визначення розмірів молекул ПАР.

Дослідження адсорбції на поверхні рідини проводять на прикладі адсорбції поверхнево-активних речовин – одноатомних спиртів – на поверхні поділу фаз розчин спирту – повітря. Оскільки поверхнева активність спиртів не однакова, діапазони досліджуваних концентрацій для різних спиртів мають відрізнятися. Молярна маса, густина та рекомендовані для дослідження концентрації розчинів для різних спиртів наведено в табл. 2.2.

Таблиця 2.2. Молярна маса, густина та рекомендовані концентрації розчинів досліджуваних спиртів

Спирт	Молярна маса М, кг/кмоль	Густина , кг/м3	Концентрації сзадан., кмоль/м3
Пропіловий	60,1	804	0,01	0,025	0,05	0,1	0,25	0,5
Ізопропіловий		789	0,01	0,025	0,05	0,1	0,25	0,5
Бутиловий	74,1	804	0,01	0,02	0,05	0,1	0,15	0,2
Ізобутиловий		800	0,01	0,02	0,05	0,1	0,15	0,2
Аміловий	88,1	815	0,01	0,02	0,04	0,06	0,08	0,1
Ізоаміловий		810	0,01	0,02	0,04	0,06	0,08	0,1