Измерение поверхностного натяжения жидкостей методом Ребиндера.

Принцип метода заключается в следующем: если через капилляр радиуса r, погруженный в исследуемую жидкость, подавать воздух, то давление в капилляре постепенно увеличивается до тех пор, пока пузырек воздуха, образующийся у конца трубки, не примет форму полусферы (рис.13). После этого для отрыва пузырька уже не требуется дальнейшего увеличения давления. Сила, способствующая образованию пузырька, пропорциональна давлению, а сила, препятствующая его образованию, пропорциональна поверхностному натяжению.

Пусть p - избыток давления в пузырьке над внешним давлением в момент отрыва пузырька. Для капилляра данного радиуса этот избыток давления зависит от величины поверхностного натяжения. Отношение этого избытка давления к величине поверхностного натяжения жидкости есть константа данного капилляра p/ = const. Тогда для двух жидкостей с различными значениями поверхностного натяжения можно записать

, 3.28

где  и _о поверхностные натяжения двух разных жидкостей, а p_о и р - соответствующие им избытки давления над внешним давлением при проскоке пузырька.

Рис.3.13. Образование пузырька в капилляре

Прибор для определения поверхностного натяжения показан на рис 14. Трубка 1, вставленная через пробку в пробирку с исследуемой жидкостью, оканчивается капилляром, который погружается в жидкость не более чем на 1 мм. Прoбиpка 2 имеет нижнюю трубку с зажимом и боковую трубку, соединяющую ее с манометром 3 и аспиратором 4. Манометр 3 заполнен водой на ¾ объема. Выпуская воду из аспиратора 4 через зажим 5 в стакан, уменьшают давление над поверхностью исследуемой жидкости по сравнению с атмосферным. Это вызывает продавливание воздуха через трубку I, который в виде пузырьков выходит из конца капилляра, опущенного в жидкость. Скорость образования пузырьков регулируют зажимом 5. Определяется максимальное давление, которое вызывает образование пузырька.

Рис. 3.14. Схема прибора Ребиндера

Определение поверхностного натяжения производится методом сравнения и рассчитывается по формуле (3.28). В качестве жидкости с известным поверхностным натяжением берется дистиллированная вода. Зависимость поверхностного натяжения воды от температуры приведена в таблице 4.

Таблица 3.4. Поверхностное натяжение воды при различных температурах:

t, о С	16	17	18	19	20	21	22	23	24
σ, дин/см	73,34	73,20	73,05	72,90	72,75	72,59	72,44	72,28	72,13

Расчет адсорбции на границе раздела водный раствор – воздух.

Величина адсорбции может быть рассчитана по уравнению:

3.29

Здесь: R = 8,31·10 ⁷ эрг· моль· л ^-1 град ^-1; Т = 273,1 + t^оС ;

С - объёмная концентрация в моль л^-1 .

Для нахождения величин поверхностной активности d/dC - по экспериментальным данным строится график зависимости поверхностног натяжения от концент­рации, как показано на рис.15. При построении графика для минимизации ошибки важно выбрать правильный масштаб.

Условимся, что по оси концентраций 20 мм соответствует 0,1 моля. Масштаб по оси поверхностного натяжения зависит от рассчитанных вами значений s. Масштаб следует выбирать так, чтобы в случае линейной зависимости прямая шла под углом примерно в 45^о, а, например, как в нашем случае. Для его правильного выбора проконсультируйтесь у преподавателя.

Рис. 3.15. Изотерма поверхностного натяжения

Величина d/dC, приблизительно равная /C находится графически. Рассмотрим, как это можно сделать. Например, для концентрации 0,1 М, по графику 14 находят, что ей соответствует поверхностное натяжение . Затем выбирают немного большую концентрацию, допустим, 0,11 М (2 мм вправо от выбранной концентрации), которой по графику соответствует другое значение ₁ , и, наконец, берут меньшую концентрацию, например, равную 0,09 М (2 мм влево от выбранной концентрации), которой соответст­вует поверхностное натяжение ₂. Разность концентраций составит

С = 0,11- 0,09 = 0,02 М,

Соответствующая разность поверхностных натяжений  = ₁ - ₂. Таким образом для концентрации 0,1 М, лежащей посредине интервала С, поверхностная активность будет

/C =(₁ - ₂)/0.02

Точно так же можно рассчитать поверхностную активность и для растворов других концентраций. В данном случае все они будут иметь отрицательные значения. Подставляя найденные для разных концентраций значения в уравнение Гиббса (3.29), находят величины адсорбция, соответствующие этим концентрациям.