Цель работы: определить поверхностное натяжение исследуемой жидкости методом максимального давления в газовом пузырьке.

Приборы: установка для определения поверхностного натяжения методом максимального давления в газовом пузырьке, капилляр, химические стаканчики.

Реактивы: органические жидкости (по заданию преподавателя), дистиллированная вода.

Если две фазы разделены не плоской, а искривленной границей раздела, то давление в этих фазах в условиях равновесия  не будет равным. Разницу давлений ( ) принято называть избыточным или капиллярным давлением. Определяется уравнением Лапласа:

, где  - радиус капилляра.

Это закон лежит в основе всех известных методов измерения поверхностного натяжения.

Для измерения поверхностного натяжения жидкости используется метод максимального давления в газовом пузырьке. С этой целью вертикальную трубку, оканчивающуюся капилляром, опускают до касания с поверхностью жидкости. Через трубку под давлением пропускают инертный газ (сухой воздух). При соприкосновении нижнего среза капилляра с поверхностью жидкости начнет образовываться пузырек газа. По достижении максимального давления р пузырек срывается с капилляра, преодолевая поверхностное натяжение  на границе жидкость–газ. Расчетная формула:

где r– внутренний радиус капилляра.

В качестве стандартной жидкости с известным поверхностным натяжением применяют воду.

                                   (Л.1.3)

Поверхностное натяжение  исследуемого раствора связано с максимальным давлением р₁ уравнением

.                                      (Л.1.4)

Если использовалась одна и та же капиллярная трубка (r = const), то поверхностное натяжение раствора вычисляется с помощью соотношения

,                    (Л.1.5),

полученного делением уравнения (Л.1.3) на (Л.1.4).

     Схема установки для определения поверхностного натяжения методом максимального давления в газовом пузырьке представлена на рис. Л.1.2.

Давление измеряется с помощью микроманометра ММН–240 (7) (рис Л.1.3). Он имеет пять диапазонов измерений, соответствующих пяти углам наклона манометрической трубки с пятью коэффициентами пересчета К показаний микроманометра h (мм) на величинукапиллярного давления (Па). Если в процессе измерений угол наклона манометрической трубки остается неизменным, то расчет σ по уравнению (Л.1.5) осуществляется без учета коэффициента пересчета.

Рис. Л.1.2. Схема установки для определения

поверхностного натяжения методом максимального давления

 в газовом пузырьке:

1 – капилляр; 2 – штатив; 3, 6 – краны; 4 – компрессор; 5 – осушительная колонка; 7 – микроманометр; 8 – исследуемая жидкость.

Рис. Л.1.3. Схема микроманометра ММН–240

На плите расположен резервуар. Он герметически закрыт крышкой, на которой находятся трехходовой кран, регулятор нулевого положения мениска манометрической жидкости в наклонной измерительной трубке и пробка. Шкала, нанесенная на стеклянную измерительную трубку, имеетдлину 300 мм; наименьшее деление шкалы 1 мм. Шланги соединяют измерительную трубку с резервуаром и краном. Для установки кронштейна на требуемый угол наклона к плите прикреплена дуга с пятью отверстиями, соответствующими определенным значениям коэффициентов пересчета К. Значения К написаны на дуге около каждого отверстия. Кронштейн фиксируется на дуге в нужном положении фиксатором. Перед измерениями проверяют положение мениска манометрической жидкости, в случае необходимости его положение корректируют с помощью винта.

Порядок выполнения работы

1. Перед началом работы тщательно промывают капилляр дистиллированной водой.

2. Определяют максимальное давление в газовом пузырьке сначала для воды (эталонной жидкости), а затем для исследуемой жидкости или раствора. Перед началом работы с исследуемым раствором промывают капилляр этим раствором. Измерение давления производят не менее пяти раз до сходимости результатов.

3. Рассчитывают поверхностное натяжение исследуемой жидкости (Л.1.5).

4. Сравнивают экспериментальные значения поверхностного натяжения для исследуемых растворов, определенные двумя методами, со справочными. Рассчитывают погрешность.

5. Отчет оформляется в соответствии с требованиями к оформлению отчетов.