ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Метод пластинки Вильгельми из "Физическая химия поверхностей" Обсуждавшиеся до сих пор методы требуют более или менее табулированных решений или введения поправочных коэффициентов в соответствующие идеальные уравнения. В то же время метод, предложенный Вильгельми [29] в 1863 г., не требует каких-либо поправок и очень прост в использовании. [c.26] Установка для измерения временной зависимости поверхностного натяжения [33]. [c.26] В одном из вариантов описанной выше методики пластинку подвешивают таким образом, что она частично погружается в жидкость. В этом случае при определении изменения веса под действием мениска учитывают уменьшение веса пластинки в жидкости. Эта методика особенно удобна при изучении адсорбции на поверхности жидкости или монослоев по изменению поверхностного натяжения. Применение этого варианта метода Вильгельми подробно рассмотрено Гэйнсом [34]. [c.28] Под действием поверхностных сил маленькие капельки и пузырьки стремятся принять сферическую форму. Гравитационные силы в этих случаях оказывают сравнительно слабое влияние, так как нарушения, обусловленные этими силами, зависят от объема, уменьшающегося пропорционально кубу линейного размера, а действие поверхностных сил зависит от площади поверхности капли (или пузырька), уменьшающейся пропорционально квадрату линейного размера. Однако, когда действие гравитационных и поверхностных сил соизмеримо, по форме капли или пузырька в принципе можно определять поверхностное натяжение. На рис. 1-20 показаны капли различных форм, для которых применимо уравнение (1-19). [c.28] Обычно каплю или пузырек формируют в таких условиях, чтобы они не подвергались каким-либо возмущающим воздействиям, и измеряют их размеры, например по фотографии капли. Таким способом можно наблюдать изменение поверхностного натяжения во времени точность определения составляет несколько десятых процента. [c.28] Андреас и соавторы измерили этим методом изменение во времени поверхностного натяжения растворов стеарата натрия. На рис. 1-21 показана типичная последовательность изменения формы капли раствора стеарата. Как и в растворе додецилсульфата натрия (рис. 1-19), в даи-пом растворе также имеет место значительное изменение поверхностного натяжения. [c.29] Техника эксперимента и более полное описание метода даны в работе Вилера и др. [40]. Считается, что точность определения указанным методом достигает 0,2%. [c.32] В это очень простое уравнение не входит величина краевого угла, поскольку здесь рассматривается только конфигурация между экваториальной плоскостью и вершиной капли. [c.33] Интересным вариантом метода сидящей капли является метод вращающейся капли. Он очень удобен для измерения небольших поверхностных натяжений на границе раздела жидкость — жидкость. Рассмотрим каплю жидкости А, подвешенной в жидкости В. Если плотность А меньше плотности В, то при вращении всей системы, как показано на рис. 1-22, жидкость А идет к центру, образуя каплю на оси вращения. По мере увеличения скорости вращения капля вытягивается, поскольку центробежная сила все больше противодействует поверхностному натяжению, стремящемуся свести к минимуму поверхность раздела. В конце концов сферическая капля А деформируется в продолговатый эллипсоид. При достаточно высокой скорости вращения капля похожа на вытянутый цилиндр. [c.33] Вэйд и др. [48] применили метод вращающейся капли для изучения систем с чрезвычайно низким поверхностным натяжением. Метод позволяет легко и точно измерить величины порядка 0,001 дн/см. [c.34] Методы капиллярного поднятия, пластинки Вильгельми, висящей или сидящей капли или пузырька, по существу, являются равповесными методами, так как в пих анализируются поверхности, находящиеся в покое. Как видно из предыдущих разделов, эти методы можно использовать для контроля иногда обнаруживаемых в растворах медленных изменений поверхностного натяжения. Однако для изучения старения поверхностей и исследования релаксационных эффектов при очень малых временах необходимы динамические методы. Различные методы отрыва в принципе являются динамическими, поскольку в критической точке (в момент отрыва) происходит расширение поверхности, однако точный возраст поверхности при этом определить очень трудно. Это удается сделать, только используя обсуждаемые ниже методы. [c.34] вытекающая из некруглого отверстия, механически нестабильна и в конечном итоге разрывается на капельки (см. разд. 1-3). В основном нестабильность такой струи связана с отклонением ее первоначального сечения от окружности, что приводит к возникновению колебаний сечения (когда эллиптическое сечение струи становится круглым, с жидкостью переносится соответствующее количество движения). См. рис. 1-23. [c.34] В первом приближении возраст поверхности в данной узловой точке в точности равен расстоянию от отверстия, деленному на линейную скорость струи. В приведенном примере возраст поверхности составляет около 1 мс на длину волны. [c.35] На рис. 1-24 приведены некоторые данные по зависимости поверхностного натяжения от возраста поверхности растворов энантовой кислоты [50]. Раствор, выходящий из объема струи на поверхность, по-видимому, имеет поверхностное натяжение примерно вдвое меньше поверхностного натяжения чистой воды. Замедленность в достижении равновесия может объясняться тем, что для диффузии поверхностно-активного вещества на поверхность требуется время, хотя в данном случае лимитирующим фактором, по-видимому, является скорость химического процесса. [c.35] Если возраст поверхности меньше 5 мс, необходимо вводить поправку, учитывающую тот факт, что поверхностная скорость жидкости в насадке равна нулю и требуется несколько длин волн, чтобы она возросла до скорости струи. Поправочные коэффициенты табулированы в работах [51, 52]. [c.35] Метод колеблющейся струи не пригоден для исследования поверхностей раздела жидкость — воздух, которые стареют в течение десятых долей секунды. Эта задача решается с помощью метода, основанного на зависимости формы падающего столбика жидкости от его поверхностного натяжения. Поскольку с увеличением расстояния от насадки h гидростатическое давление и, следовательно, линейная скорость струи возрастают, в соответствии с требованием материального баланса площадь сечения столбика должна уменьшаться. Действие поверхностного натяжения проявляется в противодействии сокращению сечения столбика. Этот метод, разработанный Эдисоном и Элиотом [53], подробно обсуждается в работе Гарнера и Мина [54]. [c.36] Экспериментально капиллярные волны измеряются как стоячие волны, и может показаться, что эта система является статической. Однако отдельные элементы жидкости в приповерхностном слое совершают почти круговое движение, а поверхность попеременно растягивается и сжимается. В результате этого даже в чистой жидкости наблюдается затухание волн. В растворах или на поверхностях, покрытых пленкой, в которых переходные состояния натяжения и сжатия поверхности сопровождаются значительными локальными изменениями поверхностного натяж ния л переносом вещества между поверхностными слоями, затухание значительно больше. Обзор новых работ по капиллярным волнам можно найти в статье Лукассена и Хансена [56]. Более детально метод капиллярных волн рассматривается в гл. III, здесь же отметим только, что по дисперсии коэффициента затухания (т. е. по изменению его с частотой) можно изучать поверхностные релаксационные процессы. [c.36] Вернуться к основной статье