ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Поверхностные свойства чистых жидкостей из "Практикум по химии поверхностных явлений и адсорбции" Поверхностное натяжение [1—3]. Поверхностная энергия играет исключительно важную роль в большом числе самых разнообразных явлений. Свойства поверхности раздела сказываются прежде всего на испарении, сублимации и конденсации, так как при переходе вещества из одной фазы в другую его молекулы должны пройти через эту поверхность. В таких процессах, как адсорбция, диффузия, катализ, химические реакции в гетерогенных системах, вещество либо переходит через поверхностный слой, либо поглощается им, либо вытесняется из него в объем. Трение, смазочное действие и адгезия также связаны с поверхностными свойствами веществ. [c.5] Поверхность раздела ограничивает каждую клетку в живых организмах и мицеллу в коллоидных растворах. Ультрамикро-скопические исследования показывают, что даже в гомогенных системах, таких, как, например, воздух, вода, содержится множество частиц, обладающих большой общей поверхностью раздела. Относительная величина поверхности раздела становится тем больше, чем меньший объем она ограничивает. Поэтому для таких систем поверхностная энергия может составить весьма значительную долю молекулярной кинетической энергии дисперсной фазы. [c.5] Молекулы в поверхностном слое по своему энергетическому состоянию, безусловно, отличаются от молекул в объеме. Молекула в объеме испытывает одинаковое в среднем притяжение окружающих ее молекул, вследствие чего равнодействующая молекулярных сил в объеме равна нулю. Иная картина наблюдается в с шении молекул, находящихся на поверхности раздела фаз. В этом случае равнодействующая молекулярных сил притяжения не равна нулю, причем она направлена внутрь объема фазы нормально к ее поверхности. Следовательно, молекулы на поверхности раздела фаз отличаются от молекул в объеме по энергетическому состоянию. [c.5] Таким образом, поверхностное натяжение может быть выражено либо в единицах силы на единицу длины, либо величиной энергии, приходящейся на единицу площади. В системе СИ выражена единицей н м или дж1м . [c.6] Поверхностные натяжения и температурные коэффициенты некоторых жидкостей приведены в приложении, табл. 1 и 2. [c.7] Метод капиллярного поднятия наиболее точен как вследствие простоты теории, не требующей никаких допущений- или приближений, так и вследствие возможности достаточно точных измерений. [c.8] Градиент капиллярного давления всегда направлен к центру кривизны поверхности, вследствие чего для жидкостей с вогнутой поверхностью внутреннее давление уменьшается, а с выпуклой увеличивается. В первом случае капиллярное давление считается отрицательным, во втором положительным. [c.8] Для несмачивающих жидкостей угол 0 больше 90°, вследствие чего /г становится отрицательным, столб жидкости опускается. [c.9] Приведенные формулы позволяют определять поверхностное натяжение, исходя из экспериментально измеренного капиллярного поднятия. [c.9] Метод взвешивания капель. [c.9] Здесь величины, обозначенные индексом О , относятся к жидкости, принятой за стандарт. [c.10] В измерениях летучих жидкостей метод сталагмометра встречает трудности, так как требует специальной аппаратуры, позволяющей вести отсчет капель в камере с насыщенным паром исследуемой жидкости. [c.10] Таким образом, максимальное внешнее давление равно тому избыточному давлению Армако. которое существует у сферической поверхности данного радиуса. В то же время это избыточное давление определяется поверхностным натяжением жидкости о. Следовательно, и измеоенное максимальное давление пропорционально о. [c.10] По времени, требуемому для выполнения эксперимента, этот метод наиболее быстрый.. [c.12] Динамические методы капиллярных волн и колеблющейся струи мало пригодны для исследования растворов в равновесных условиях и сложны в экспериментальном исполнении. Поэтому их применяют лишь в особых случаях, например, при исследовании кинетики формирования поверхностных слоев чистых жидкостей в течение -весьма малых промежутков времени. В обычной же практике применяют статические методы, в отношении которых следует сделать некоторые общие замечания, необходимые для получения правильных результатов. [c.12] В методах капиллярного поднятия и отрыва кольца существенную роль играет смачивание исследуемой жидкостью поверхности частей прибора — стенок капилляра или металла кольца, т. е. краевой угол смачивания. Так как определить краевой угол при таком измерении крайне затруднительно, то эти методы применяют только в условиях полного смачивания. Для чистых жидкостей это условие почти всегда легко соблюдается, тогда как в растворах, особенно поверхностно-активных веществ, оно часто практически не достигается. По этой же причине и для измерения поверхностного натяжения на границе двух жидкостей эти методы также мало применимы. В связи с этим в ряде случаев следует предпочесть методы, в которых смачивание не играет роли. Это методы наибольшего давления пузырьков, неподвижной капли, взвешивания капли. Они пригодны для измерения поверхностного натяжения для любых границ раздела. [c.12] Измеряя поверхностное натяжение растворов поверхностноактивных веществ, правильные значения получают только, достигнув адсорбционного равновесия на вновь образующихся поверхностях раздела. Это вызывает необходимость доводить скорость процесса до возможно малых величин, так, чтобы один пузырек или одна капля образовывались не менее чем за 30— 60 сек. Существенно также тщательно предохранять поверхность раздела от испарения. [c.12] В качестве наиболее удовлетворяющего всем требованиям метода может быть рекомендован метод наибольшего давления пузырька. Применительно к измерениям поверхностного натяжения растворов этот метод разработан Ребиндером и в литературе описан достаточно подробно [4, 5]. Он позволяет относи тельно просто реализовать условия, обеспечивающие строгость и точность измерений. Его преимущество в том, что удобно проводить измерения с небольшим количеством жидкости в легко термостатируемом объеме, защищенном от загрязнений и испарения. Результаты измерений не зависят от условий смачивания, равновесные значения поверхностного натяжения получаются истинными. Все это делает метод особенно пригодным для измерения поверхностного натяжения растворов и на границе двух несмешивающихся жидкостей. Если прибор имеет хороший микрокран и систему тонких капилляров, регулирующих скорость нарастания давления, то можно легко достичь скорости образования одного пузырька за 1—3 мин, что вполне удовлетворяет условиям достижения равновесия. [c.13] Источником возможных ошибок при измерениях рассматриваемым методом может быть недостаточно тщательный учет гидростатической поправки на глубину погружения капилляра в жидкость, влияния влаги при измерениях с неводными растворителями и влияния изменения состава раствора вследствие преимущественного испарения более летучего компонента. Однако все эти обстоятельства могут быть легко учтены. [c.13] Вернуться к основной статье