2.2 Экспериментальные методы определения поверхностного натяжения.

А. Статические

Б. Полустатические

В. Динамические

А) 1. метод капиллярного поднятия. - формула Жюрена

2. метод уравновешивания пластинки (метод Вильгельми) ; , где d – ширина пластинки

Б) 1. Метод наибольшего давления в пузырьке.

Под действием приложенного извне избыточного давления ∆p через калибровочный капилляр в объем жидкости продавливается пузырек газа или другой жидкости. , r – радиус капилляра, z – диаметр пузырька.

2. Метод отрыва от кольца (метод Дю-Нуи)

3. Сталамометрический метод (метод взвешивания капли) (на поверхности ж-ж) , r – радиус наконечника

В) Используются для определения σ твердого тела.

1. метод нулевой ползучести.

2. метод расщепления

2.3 Внутренняя полная поверхностная энергия.

В термодинамическом описании поверхностных явлений используют два метода:

- метод слоя конечной толщины

- метод избыточной величины Гиббса

I. Все термодинамические изменения в системе.

Практически не возможно определить , т.к. отсутствуют четкие границы поверхностного слоя и объема фаз. Метод точен, но используется редко. d – несколько молекулярных слоев.

II. Гиббс предложил все изменения термодинамических параметров относить только к разделяющей поверхности, которая не имеет толщины. Отсюда

В этом случае поверхность характеризуется избыточными термодинамическими параметрами. Однако расчет здесь более прост и метод используется чаще. Внутренняя энергия системы

.

В соответствии с II началом термодинамики , где q – количество теплоты, необходимое для образования единицы поверхности

т.е. внутренняя энергия поверхности складывается из энергии Гиббса (σ) и теплоты образования единицы поверхности (∆ _S>σ). Поэтому ее называют полной поверхностной энергией.

2.4 Температурная зависимость σ и полной внутренней поверхностной энергии.

Очевидно, что такая зависимость должна быть. Связи с увеличением температуры ослабевают. Из объединенного уравнения

Пусть p, s, n_i, q – const, тогда имеем: ; ; на единичной поверхности ; , подставив:

;

Уравнение Гиббса-Гельмгольца устанавливает связь σ и с Т.

- температурный коэффициент σ , т.к. q_s всегда больше 0, то , значит

, т.е. с увеличением Т σ уменьшается, причём линейно.

При Т=Т_кр σ = 0, т.к. с увеличением Т σ уменьшается, а q_s увеличивается, то для большинства жидкостей от температуры не зависит. Для есть таблицы для различных веществ. С его помощью можно определить σ при любой температуре, если известно значения поверхностного натяжения при какой-то температуре, т.е.

; где ∆Т = Т_т - Т₀

Если неизвестно, то для определения σ можно использовать полуэмпирические соотношения:

Закон Этвеша : , V_м – мольный объём; - мольная поверхностная энергия.

Ролонд Фон (венгерский физико-химик)

к=2,1×10^-7 (в системе СИ ) – не полярные жидкости, для полярных жидкостей к может быть < 2,1, для жидкостей с большой мольной массой к >2,1

- уравнение Сэгдена ( эмпирическое соотношение )

,

Р – парахор (физический смысл - мольный объём с поправкой на эффект сжатия, обусловленный меж молекулярными силами)

∆ρ - разность плотностей

М – мольная масса