Визначення поверхневого натягу речовин методом краплепадіння

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

поверхневий натяг енергія питомий

Пояснювальна записка містить: __ стор., __табл., __ рис., __ посилань.

Мета курсового проекту - визначення поверхневого натягу речовин методом краплепадіння.

Об'єкт дослідження - поверхневий натяг речовин методом краплепадіння.

Задачі - визначення за допомогою вимірювального клина і штангенциркуля внутрішній діаметр вихідного отвору шприца.

ПОВЕРХЕВИЙ НАТЯГ РЕЧОВИНИ, КРАПЛЕПАДІННЯ, ВИМІРЮВАЛЬНИЙ КЛИН, ШТАНГЕНЦИРКУЛЬ, ШПРИЦ



Зміст

Вступ

1. Аналітична частина

1.1 Класифікація поверхневих явищ

1.2 Поверхневий натяг

1.3 Методи визначення поверхневого натягу

1.3.1 Метод капілярного підняття (метод Жюрена)

1.3.2 Метод максимального тиску в бульбашці (метод Ребіндера)

1.3.3 Сталометричний метод (метод Траубе)

1.4 Внутрішня (повна) питома поверхнева енергія. Залежність енергетичних параметрів поверхні від температури

1.5 Принципи формування поверхневого шару

1.6 Адгезія, когезія

1.7 Змочування і розтікання

1.8 Розтікання рідин. Ефект Марангоні

2. Експериментальна частина

2.1 Опис експерименту

Висновки

Список використаної літератури



Вступ

Поверхневий натяг - це інтенсивна термодинамічна властивість матеріалу, яка проявляється молекулами на поверхні розділу матеріалу та рідини та спричинена притягуванням частинок у поверхневому шарі об'ємом рідини. Це результуюче внутрішнє напруження на поверхні також відоме як поверхнева енергія, і має відповідну одиницю вимірювання ньютонів на метр. Таким чином, поверхнева енергія та поверхневий натяг відіграють важливу роль у змочуванні матеріалів. Це пояснюється тим, що молекули на поверхні мають меншу кількість стабілізуючих взаємодій порівняно з молекулами в об'ємній фазі. Крім того, поверхневий натяг є властивістю поверхневої плівки рідини, і на нього також впливає газ, тверда речовина або рідина, що контактують з рідиною. Крім того, поверхневий натяг визначається як сили притягання між частинками всередині рідини і є явищем, яке виникає на межі рідина-газ. Його також називають «натягом на межі розділу», коли поверхня знаходиться між двома рідинами. Поверхневий натяг також впливає на мінімізацію площі поверхні і еквівалентний джоулям на квадратний метр. Сили поверхневого натягу діють у площині поверхні і відповідають за енергію або роботу, необхідну для збільшення площі поверхні рідини за рахунок міжмолекулярних сил. Ці міжмолекулярні сили змінюються залежно від природи рідини або розчинених речовин у рідині, що призводить до різних властивостей поверхневого натягу. Поверхневий натяг можна спостерігати в повсякденних явищах, таких як розливання води через склянку або утворення калюж на прилавку. Його можна розрахувати за допомогою формули, а виміряти за допомогою таких методів, як метод капілярного підйому, метод падіння ваги та метод максимального тиску бульбашки. Поверхневий натяг спричинений силами, які штовхають молекули до поверхні рідини, і його іноді називають міжфазною силою. Динамічний поверхневий натяг можна визначити різними методами, включаючи метод подвійного тиску, і всі компоненти фарби та їх взаємодія визначають поверхневий натяг.

Поверхневий натяг демонструє сильну когезійну поведінку рідини. Це результат більшого притягання молекул рідини одна до одної, ніж до молекул у повітрі, що викликає сумарну силу, спрямовану всередину рідини. Поверхневий натяг рідини визначається силою тяжіння поверхневого натягу, яка діє на поверхневі молекули рідини молекулами під поверхнею. Ця сила спричинена силами когезії між молекулами рідини, а високий поверхневий натяг води зумовлений сильною молекулярною взаємодією. Поверхневий натяг відповідає за форму крапель рідини, оскільки крайній шар молекул води на поверхні встановлює міцніші зв'язки зі своїми сусідами, що призводить до поверхневого натягу. Вода має високий поверхневий натяг 72 мН/м при кімнатній температурі, а ртуть має найвищий поверхневий натяг серед усіх рідин, майже 500 мН/м, завдяки своїм металевим властивостям. Краплі води мають тенденцію втягуватися в сферичну форму через дисбаланс когезійних сил поверхневого шару, що пов'язано з когезійною природою молекул води. Така сферична форма мінімізує необхідний «натяг стінки» поверхневого шару відповідно до закону Лапласа. Поверхневий натяг також може створювати еластичну мембрану на поверхні рідини, і маленькі предмети можуть плавати на поверхні рідини завдяки поверхневому натягу. Він також протистоїть зовнішнім силам, що діють на рідини, і молекули рідини більше притягуються одна до одної, ніж до поверхонь навколо неї, що змушує рідину формувати форму з найменшою площею поверхні. Крім того, зміною масового співвідношення суміші розчинників можна регулювати поверхневий натяг і в'язкість розчину. Зменшення поверхневого натягу полімерного розчину може давати гладкі нановолокна, а аніонні поверхнево-активні речовини, такі як додецилсульфат натрію, не тільки зменшують поверхневий натяг полімерного розчину, але й вводять додаткові носії заряду в розчин, таким чином покращуючи якість нановолокон.



1. Аналітична частина

1.1 Класифікація поверхневих явищ

Аналітичний аспект цього дослідження поділяється на кілька компонентів, починаючи з класифікації поверхневих явищ у рівноважних системах за допомогою комбінованих рівнянь першого та другого законів термодинаміки, а також поверхневих енергій. Використовується рівняння:

dG = -SdT + Vdр + ?µidni + dq + уdS (1.1)

µ_i - хім. потенціал і-ї складової;

n_i - кількість молів і-ї складової;

- електричний потенціал;

q - кількість електрики;

у - поверхневий натяг;

S - площа поверхні.

Поверхнева енергія (уdS) змінюється в результаті:

1) енергії Гіббса (dG);

2) теплоти (SdT);

3) виконання роботи (Vdp);

4) хімічної енергії (?µ_idn_i);

5) електричної енергії (dq).

Другий закон термодинаміки диктує, що процес відбувається спонтанно зі зменшенням енергії Гіббса, або dG < 0.

Якщо припустити, що рівняння (1.1) залишається постійним за всіма параметрами, крім у і S, або що будь-які зміни є незначними порівняно зі змінами в у і S, то перетворення в енергію Гіббса можна виразити так:

dG = d(уS) (1.2)

dG = уdS + Sdу (1.3)

а) Якщо площа розділу постійна, то:

S = const, dS = 0, dG = Sdу

Це призводить до процесів зниженого поверхневого натягу (dу < 0), таких як адгезія, адсорбція, електричні та теплові явища на поверхні.

б) З іншого боку, якщо поверхневий натяг зберігає постійність, то

у = const, dу = 0, dG = уdS

Це призводить до процесів зменшення міжфазної площі (ДS < 0), які включають утворення плоских або сферичних поверхонь, агломерацію частинок, конденсацію, коалесценцію та ізотермічну дистиляцію.

1.2 Поверхневий натяг

Поверхневий натяг - це енергія, вироблена на одиницю площі поверхні. Це числове значення еквівалентне роботі W, необхідній для розбиття циліндра з конденсованої речовини з площею поперечного перерізу Ѕ на одиницю площі S, у результаті чого утворюються дві різні поверхні. Поверхневий натяг представлено як сила F, що діє по дотичній до периметра l поверхні.

у =W/S = F/l [Дж/м²], [Н/м]

Поверхневий натяг є частковою похідною будь-якого термодинамічного потенціалу системи по площі межі розділу при відповідних постійних параметрах системи.

Нарешті, вводиться поняття поверхневої питомої енергії Гіббса - G_S, яка є одиничною поверхнею енергії Гіббса. Енергію Гіббса поверхні з площею S можна виразити як:

G = G_S Ч S (1.5)

Продиференціювавши цей вираз, отримаємо:

dG = dG_S Ч S + G_S Ч dS; (1.6)

У випадку однієї речовини поверхнева питома енергія Гіббса залишається постійною з площею поверхні (?G_S/?S)=0, тому поверхневий натяг еквівалентний поверхневій питомій енергії Гіббса.

Для розчинів: G_S = f(S) i GS ? .

Поверхневий натяг рідини однаковий у будь-якій точці, а твердого тіла залежить від решітки, форми поверхні і є середнім параметром.

Поверхневий натяг рідин всюди постійний, а твердих тіл залежить від решітки, форми поверхні і є середнім параметром. Таблиця 1.1 ілюструє значення поверхневого натягу різних речовин.



Таблиця 1

Поверхневий натяг деяких речовин на межі розділу з повітрям становить 298К

Речовина	s, мДж/м2	Речовина	s, мДж/м2
Гексан	17,9	Вода	71,95
Етанол	22,1	Ртуть	473,5
Аміак (р)	24,25	кварцове скло (тв)	740
Чотирихлористий вуглець	25,02	Алюміній (тв)	1909
Бензол	28,2	Залізо (тв)	3959
Мурашина кислота	36,6	Вольфрам (тв)	6814
Анілін	43,2	Алмаз	11400

1.3 Методи визначення поверхневого натягу

1.3.1 Метод капілярного підняття (метод Жюрена)

Рисунок 1.1 Підйом або спад рідини в капілярі

Цей метод передбачає вимірювання висоти, на яку піднімається або опускається рідина в капілярі. Щоб визначити поверхневий натяг рідини, спочатку слід використати рівняння Жюрена:

, (1.9)

де h - капіляр, що показує висоту, на яку рідина піднімається або опускається;

q - «кут змочування» відноситься до кута, утвореного між краплею рідини та поверхнею, на якій вона лежить. Цей кут дає змогу зрозуміти ступінь взаємодії між рідиною та поверхнею. Високий кут змочування вказує на те, що рідина не сильно взаємодіє з поверхнею, тоді як низький кут змочування свідчить про те, що рідина та поверхня мають значний рівень взаємодії. Таким чином, кут змочування є вирішальним параметром у розумінні властивостей взаємодії рідини з поверхнею;

r - радіус капіляра;

g - прискорення сили тяжіння;

с і с₀ - густина рідини та повітря.

Приклад.

Якщо бензол піднімається на 0,0367 м у трубі радіусом 1,84•10^-4 м, який його поверхневий натяг? Густина бензолу 880 кг/м³, а густина повітря незначна.

Поверхневий натяг за умови, що кут змочування краю дорівнює нулю, можна визначити за такою формулою:

s = (880•9,81•1,84•10^-4•0,0367)/2 = 29,2 мДж/м².



1.3.2 Метод максимального тиску в бульбашці (метод Ребіндера)

Рисунок 1.2 Вимірювання поверхневого натягу за методом Ребіндера (а) і Траубе (б)

Одним із методів вимірювання поверхневого натягу є метод Ребіндера, який передбачає обчислення надлишкового тиску, при якому бульбашка газу відривається від капіляра, зануреного в рідину. Формула для цього:

Dр=2s/r (1.10)

де s_x, s_o - невідоме та відоме значення поверхневого натягу;

p_x, p_o - тиск колапсу бульбашки для рідин з невідомим і відомим поверхневим натягом.

Приклад.

Поверхневий натяг розчину масляної кислоти розраховують за методом Ребіндера, вважаючи, що тиск бульбашок, що стрибають у воді, становить 1,23 кПа, а тиск при проходженні через розчин масляної кислоти - 1,01 кПа. Поверхневий натяг води при температурі випробування становить 72,75 мН/м.

s = 72,75•10^-3•1,01•10³/1,23•10³ = 59,7 мН/м.

1.3.3 Сталометричний метод (метод Траубе)

Іншим методом є сталометричний метод, також відомий як метод Траубе, який передбачає визначення сили, що діє на краплю, коли вона відділяється від капіляра. Формула для цього така:

F=sl, (1.12)

l - периметр відриву крапель.

Для використання цього методу використовується таке перетворення:

(1.13)

, (1.14)

r_o, r_x - густини рідин з відомим і невідомим поверхневим натягом;

V_o, V_x - об'єми рідин з відомим і невідомим поверхневим натягом.

g - прискорення сили тяжіння.

n_o, n_x - кількість крапель, що витікають з капілярів рідини з відомим і невідомим поверхневим натягом.

Прискорення сили тяжіння позначається g. Кількість крапель, які витікають із рідких капілярів як з відомим, так і з невідомим поверхневим натягом, позначається no та nx відповідно. У практичному застосуванні цього методу використовуються два типи рідин: одна з відомим поверхневим натягом і інша з невідомим поверхневим натягом. Налийте однаковий об'єм рідини в капіляри з однаковим радіусом, виміряйте кількість крапель, що протікають через капіляр, використовуючи рідини з відомим і невідомим поверхневим натягом, а потім застосуйте наведену вище формулу, щоб визначити значення поверхневого натягу.

Приклад.

За допомогою водоміра Трауба було отримано такі результати: середня кількість крапель води становила 54,7. Середня кількість крапель для досліджуваних розчинів становила 88,2. Температура досліду становила 17,5 ^oC. Густина розчину 1131 кг/м³, поверхневий натяг води при цій температурі 72,38 мН/м, а густина води 998,5 кг/м³. За цими даними обчисліть поверхневий натяг розчину.

s = 72,38•10^-3•1131•54,7/(998,5•88,2) = 50,9 мН/м.

1.4 Внутрішня (повна) питома поверхнева енергія. Залежність енергетичних параметрів поверхні від температури

Повна внутрішня поверхнева енергія, позначена як U_s, залежить від параметрів поверхневої енергії та температури. У процесах, що відбуваються на поверхні, робота розширення дорівнює нулю, в результаті чого:

H = U =G+T•S (1.15)

Подальше виведення одиниць поверхні показує, що:

U_s = G_s + TS_s (1.16)

де, TS_s = q_s - теплота яка утворюється за одиницю поверхні.

Тоді рівняння для внутрішньої енергії поверхні має вигляд:

U_s = G_s + TS_s= s + TS_s (1.17)

S_s=-(?G_s/?T)_p=-(?s/?T)_p (1.18)

U_s =s-T(?s/?T)_p (1.19)

Отримане рівняння називається рівнянням поверхні Гіббса-Гельмгольца, де температурний коефіцієнт поверхневого натягу позначається як (?у/?T) = a.

Однак більшість рідин не виявляють ніякої температурної залежності внутрішньої поверхневої енергії.

Щоб довести це, продиференціюємо рівняння Гіббса-Гельмгольца за температурою:

(1.20)

Експерименти показали, що для більшості рідин поверхневий натяг змінюється лінійно зі збільшенням температури, тому друга похідна поверхневого натягу з температурою дорівнює нулю:

(1.21)

Отже, перша похідна температури по відношенню до внутрішньої енергії дорівнює нулю, що вказує на те, що температура не впливає на внутрішню енергію поверхні.

(1.22)

s = so + a(T - To) (1.23)

Рисунок 1.3 ілюструє залежність параметрів поверхневої енергії від температури, таких як теплота утворення та поверхневий натяг.

Рисунок 1.3 Залежність параметрів поверхневої енергії від температури

Під час випаровування енергетичні властивості поверхні перетворюються на інші форми енергії, коли межа розділу фаз зникає за певної температури.

Приклад.

Поверхневий натяг рідкої міді при 1535 ^оС становить 1,30 Н/м, а температурний коефіцієнт поверхневого натягу -3,1•10-4 Знайти поверхневу ентальпію рідкої міді.

H_s = U_s = s - T(ds/dT)

H_s = 1,30 - 1808(-3,1•10^-4) = 1,86 Н/м.

1.5 Принципи формування поверхневого шару

Принцип Гіббса-Кюрі стверджує, що форма об'єкта з найменшою поверхневою енергією є термодинамічно стабільною, тому всі системи прагнуть досягти мінімального значення поверхневої енергії.

Ss_iS_i = min (V = const) (1.24)

Для рідин, які є ізотропними, це записується так:

sSSi = min (V = const) (1.25)

Зменшення площі поверхні - це те, як рідке тіло зменшує свою поверхневу енергію.

Найбільш термодинамічно стабільною формою рідини є сфера, оскільки вона має найменшу площу поверхні.

Рідини також можуть зменшити свій поверхневий натяг завдяки правильній орієнтації молекул поверхневого шару, що зменшує міжфазний поверхневий натяг. Наприклад, органічні молекули, розташовані на межі між поверхневим шаром і повітрям, витісняють неполярні радикали вуглецю назовні і приховують полярні функціональні групи в об'ємі. Ось чому багато органічних сполук мають подібний поверхневий натяг, який можна спостерігати в таблиці 1.2.



Таблиця 1.2

Поверхневий натяг органічної речовини та межа розділу повітря при 298 К

Речовина	октан	бутанол	пропіонова кислота	вода
s, мДж/м2.	21,8	24,6	26,7	72,7

Анізотропні кристали мають унікальні значення поверхневого натягу для кожної зі своїх граней. Закон Вольфа виражає, що надлишковий тиск на кожній грані є рівним, коли кристали утворюються в умовах рівноваги.

Dp=2si/li = const (1.26)

Dp - надлишковий тиск під поверхнею кристала;

s_i - питома поверхнева енергія грані;

l_i - відстань від краю кристала до центру.

Чим далі поверхня кристала від центру, тим менша поверхня і більша поверхнева енергія.

На додаток до цих факторів, поверхнева енергія конденсованої речовини також зменшується через адсорбцію речовин, які знижують поверхневий натяг.

1.6 Адгезія, когезія

Відстань від краю кристала до його центру визначає поверхневу енергію, яка зменшується в міру віддалення поверхні від центру.

На поверхневу енергію також впливає адсорбція речовин, що знижують поверхневий натяг.

При контакті двох конденсатів відбувається зчеплення. Це явище спричинене силою притягання між молекулами та атомами окремих фаз, також відомою як когезія. Робота муфти визначається енергією, що витрачається на оборотне руйнування тіла по поперечному перерізу, що дорівнює одиниці площі:

WK=2s (2.27)

Можна розглянути зміну енергії Гіббса системи, яка складається з двох конденсатів, що знаходяться в газовій фазі 1 зі значеннями поверхневого натягу s_2,1 і s_3,1.

Рисунок 1.4 Взаємодія між об'єктами різних властивостей

Gпоч = s3,1+s2,1 (1.28)

тоді як адгезійна взаємодія між тілами 2 і 3 (рис. 1.4) представлена як:

Gкін = s3,2 (1.29)

Робота адгезії дорівнює:

Wa = -DG = Gпоч-Gкін=s3,1+s2,1-s3,2 (1.30)

Робота зчеплення обчислюється шляхом віднімання G_поч від G_кін, що дає рівняння (1.30), також відоме як рівняння Дюпре.

Міжфазна взаємодія така, що чим більша робота зчеплення, тим менша міжфазна напруга. Якщо межфазний натяг s_3,2 = 0, межа розділу зникає. Іншими словами, він повністю розчиняється, що відбувається, коли:

Wa?s3,1+s2,1 (1.31)

Wa?(2s3,1+2s2,1)/2=(WK1+WK2)/2 (1.32)

Умова розчинення полягає в тому, щоб робота зчеплення дорівнювала або перевищувала середнє значення роботи зчеплення взаємодіючих тіл.

1.7 Змочування і розтікання

Змочування - явище, яке виникає при взаємодії рідини з іншим конденсатом за умови одночасного контакту трьох фаз, одна з яких - газ (повітря).

Граничний кут змочування - це міра змочування, яка є кутом між площиною поверхні змочування та дотичною до поверхні рідини в одній із точок профілю змочування.

Величина кута змочування визначає ступінь змочування (рис. 1.5).



Рисунок 1.5 Приклад змочування поверхні. 1) 180^о >q-->90^o - поверхня ліофобна; 2) q--= 90^o - межа ліофільні і ліофобні; 3) q--< 90^o - поверхня ліофільна

Давайте тепер розглянемо поверхневі сили, що діють на краплю води, що лежить на поверхні в умовах рівноваги (як показано на рисунку 1.6).

Рисунок 1.6 Сили, що діють на краплю води на поверхні. s_3,1 - сила, яка діє між твердим тілом і газом і прагне розтягнути краплю; s_3,2 - стягує краплю і діє між рідиною і твердим тілом; s_2,1 - діє між газом і рідиною

З цими силами в рівновазі:

s3,1=s2,1cosq+s3,2 (1.33)

(1.34)

Коли сили перебувають у рівновазі, ми можемо використати формулу Юнга (1.34).

Підставивши вираз (1.35) до рівняння Дюпре (1.30), ми отримаємо рівняння Дюпре-Юнга:

W_a=s_3,1---s_3,2+s_2,1cosq=s_2,1+s_2,1cosq=s_2,1(1+cosq) (1.36)

Розділимо вираз (1.36) на 2s_2,:

(1.37)

Якщо q=0^o cosq=1 W_a=W_K;

q=90^o cosq=0 W_a=0,5W_K;

q=180^o cosq=-1 W_a=0, але такого стану не спостерігалось в природі.

Для прикладу розглянемо систему вода-тефлон:

q=108^o; s_H2O=72мДж/м²; Wa=50,3мДж/м².

Як кут надходження означає максимальний кут, під яким площа поверхні краплі залишається незмінною, оскільки об'єм краплі збільшується. І навпаки, мінімальний кут, під яким площа поверхні, зайнята краплею, зменшується в міру зменшення об'єму краплі, відомий як кут розливу. Ці кути можна легко спостерігати, нахиляючи пластину з краплею, поки вона не очистить поверхню (див. рис. 1.7).

Рисунок 1.7 Змочування реальних тіл

1.8 Розтікання рідин. Ефект Марангоні

На розтікання рідини впливає ефект Марангоні, який виникає внаслідок дифузії рідини. Ця дифузія відбувається, коли робота адгезії перевищує когезійну роботу рідини, що дифундує. Різниця між роботою адгезії та роботою когезії називається коефіцієнтом дифузії Хаггінса, який розраховується як:

f=Wa-Wk=s3,1-s2,1-s3,2 (1.38)

Якщо f > 0, рідина розтікається по поверхні, і чим більше f, тим краще.

Якщо f < 0, рідина виглядає на поверхні у вигляді крапель.

Коли рідина з меншим поверхневим натягом дифундує на поверхню рідини з більшим поверхневим натягом, це явище відоме як ефект Марангоні. Дифузія відбувається через тенденцію поверхні знижувати свою енергію Гіббса.

Коли дві рідини досягають стану взаємного насичення, рідина, яка розтікається, може бути втягнута назад у краплю з відповідним кутом змочування W_a = W_k. Поверхневий натяг у цьому випадку визначає правило Антонова: поверхневий натяг двох взаємно насичених рідин дорівнює різниці поверхневих натягів їх насичених розчинів, або:



s2,1нас-s3,1нас=s3,2нас (1.39)

Приклад.

Якщо відомо, що кут змочування краю дорівнює 130^о, обчисліть роботу адгезії ртуті до скла при 293 К. Поверхневий натяг ртуті 475 мДж/м². Введіть коефіцієнт дифузії ртуті на поверхні скла [1-3].

W_a = s (1 + cos ) = 475•10^-3(1 - 0.64) = 171•10^-3 Дж/м²

W_k = 2•s = 2•475•10^-3 = 950•10^-3 Дж/м²

f = W_a - W_k = 171•10^-3 - 950•10^-3 = -779•10^-3 Дж/м².



2. Експериментальна частина

2.1 Опис експерименту

Мета даного експерименту: виміряти поверхневий натяг води методом відриву капель.

Розглянемо головну ідею покладену у дану роботу. У ході повільного витікання рідини з тонкої вертикальної трубки на кінці трубки утворюється крапля. Відрив краплі відбувається в той момент коли сила тяжіння зрівнюється з силою поверхневого натягу (рис. 2.1), що діє на краплю вздовж кола шийки краплі.

Рисунок 2.1 Утворення краплі на кінці трубки

Прирівнявши вирази (2.1) і (2.2) для цих сил отримаємо, сила поверхневого натягу рівна силі тяжіння:

або

де - маса краплі;

у - поверхневий натяг рідини;

l - довжина границі відриву краплі, яка обчислюється як:

де d - внутрішній діаметр трубки.

Масу краплі можна знайти за формулою:

де - густина рідини;

- об'єм рідини, що витекла;

- кількість краплі.

Отже вимірявши внутрішній діаметр трубки d і порахувавши кількість крапель N, що утворюється під час витікання рідини об'єму V можна обчислити поверхневий натяг рідини за виразом:

Отже для виконання завдання нам буде необхідне наступне обладнання:

- штангенциркуль;

- медичний шприц об'ємом 2 мл без голки;

- зубочистка;

- склянка з рідиною.



Таблиця 2.1

Результати

Назва рідини	Діаметр отвору d, Ч10-3 м	Густина рідини що витекла , Ч10-6 м3	Об'єм рідини V, Ч10-6 м3	Кількість крапель	Поверхневий натяг усер, Ч10-3 Н/м
				N	Nсер
Вода	2	2	2	N1 =
				N2 =
				N3 =
				N4 =
				N5 =
Гліцерин	2	2	2	N1 =
				N2 =
				N3 =
				N4 =
				N5 =
Мед	2	2	2	N1 =
				N2 =
				N3 =
				N4 =
				N5 =
1 % розчин желатину	2	2	2	N1 =
				N2 =
				N3 =
				N4 =
				N5 =
олія	2	2	2	N1 =
				N2 =
				N3 =
				N4 =
				N5 =
Рідке мило	2	2	2	N1 =
				N2 =
				N3 =
				N4 =
				N5 =
Спирт	2	2	2	N1 =
				N2 =
				N3 =
				N4 =
				N5 =

Розпочнемо експеримент: вмістимо зубочистку в вихідний отвір шприца та позначимо місце де вона повністю заповнить отвір. Виміряємо штангенциркулем діаметр зубочистки на позначеному місці d = 0,002 м - це і буде діаметр отвору. Наберемо у шприц рідину та витиснемо повітря якщо воно туди потрапило. Повільно натискаючи на поршень залишимо у шприці точно 2 мм рідини. Для визначення кількості крапель надалі будемо повільно витісняти рідину у склянку та рахувати їх. Повторимо експеримент ще 4 рази, щоразу результати за натовуватимо у таблицю.

Опрацювання результатів експерименту. Визначити середню кількість крапель як середнє арифметичне N_сер:

Обчислити середнє значення поверхневого натягу рідини за формулою (2.5).

Оцінити відносну похибку експерименту при Т = 293 К порівнявши отримане значення поверхневого натягу рідини із табличними [4].



Висновки

Поверхневий натяг твердого тіла або рідини можна виразити через силу на одиницю довжини або вільну енергію на одиницю площі. Його можна кількісно визначити за допомогою вимірювання оборотної роботи, необхідної для створення площі в одну одиницю при постійному об'ємі, температурі та хімічному потенціалі.

Вимірювання міжфазного натягу може бути виконано за допомогою багатьох методів. Один з найбільш часто використовуваних методів називається методом падіння. Перевага методу краплі полягає в тому, що він є простим і надійним підходом для визначення поверхневого натягу. Цей метод працює на основі стабілізованої форми краплі рідини, і він забезпечує точні вимірювання за низьку вартість. Крім того, метод падіння використовує лазерний скануючий пристрій, який дозволяє вимірювати координати зваженої краплі з вражаючою точністю 1-2 мікрона. Хоча метод падіння має багато переваг, інформація про його недоліки надається нечасто. У результаті слід визнати обмеження методу краплі та розглянути альтернативні методи вимірювання поверхневого натягу.



Список використаної літератури

1. Мороз А.С., Ковальова А.Г. Фізична та колоїдна хімія. Львів: Світ, 1994. 280 с.

2. Усков І.О. Колоїдна хімія з основами хімії ВМС. К. Вища школа, 1995. 272с.

3. Воловик Л.С., Ковалевська Є.І., Манк В.В. Колоїдна хімія. К., 1999. 238 с.

4. https://www.youtube.com/watch?v=EyQ6dZ7Ffz4&ab_channel=%D0%9E%D0%BA%D1%81%D0%B0%D0%BD%D0%B0%D0%94%D0%B0%D0%B2%D0%B8%D0%B4%D0%B5%D0%BD%D0%BA%D0%BE.

Размещено на Allbest.ru