МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ По выполнению лабораторно-практических занятий и заданий для самостоятельных работ по дисциплине «Физическая и коллоидная химия»

2π×R×σ = π R2×H×ρ×G (1.1),

Где σ - поверхностное натяжение, Н/м; h - высота столба жидкости, м; r - радиус капилляра, м; ρ - плотность жидкости, кг/м3; g - ускорение свободного падения, м/сек2.

Рис.1.1. Поднятие жидкости в капилляре.

Для практического определения величины поверхностного натяжения нет необходимости знать радиус капилляра. Достаточно сравнить высоту поднятия исследуемой жидкости с высотой поднятия воды и воспользоваться формулой:

(1.2).

Сталагмометрический метод (stalagma – гр. капля) основан на зависимости между числом капель, получаемых из одного объема жидкости при свободном падении ее в виде капель, и поверхностным натяжением. Сталагмометр – пипетка с двумя метками, по которым отсчитывают число капель (рис.1.2).

Рис.1.2. Общий вид сталагмометра.

Нижняя часть пипетки переходит в капилляр. Конец пипетки плоский и утолщенный для получения одинаковых капель. В момент отрыва капли ее вес Р пропорционален поверхностному натяжению:

Р = kσ (1.3),

Где k – постоянная сталагмометра.

Если из объема V вытекает n капель исследуемой жидкости, имеющей плотность ρ, то вес капли будет равен:

P = V×ρ×G/n (1.4)

Из уравнений (1.3) и (1.4) следует, что

(1.5)

Чтобы исключить из расчета постоянную сталагмометра, оценивают отношение поверхностного натяжения исследуемой жидкости к поверхностному натяжению стандартной жидкости, например, воды:

(1.6)

При этом число капель воды и исследуемой жидкости определяют опытным путем, а значения плотности воды и жидкости при температуре опыта, а также поверхностного натяжения воды находят в справочных таблицах (Приложение, табл.4.1). Для разбавленных водных растворов приближенно можно принять, что их плотность равна плотности воды, тогда формула (1.6) упрощается:

(1.7)

Такое допущение позволяет проследить тенденции изменения поверхностного натяжения при растворении в воде небольших количеств поверхностно активных веществ (ПАВ).

Если плотность изучаемой жидкости не известна, опыт можно модифицировать следующим образом: капли жидкости (от верхней метки до нижней) собираются в бюкс, предварительно взвешенный на аналитических весах. Зная массу капель, их число и объем, легко рассчитать поверхностное натяжение по формуле, подобной (1.6), заменив плотность на массу вытекшего вещества.