Лабораторная работа 4

Исследование процесса

смачивания стекла водой

Цель работы: освоить пузырьковый способ определения краевого угла смачивания; рассчитать обратимые работы адгезии, когезии и смачивания.

Приборы, оборудование и растворы: прибор для определения краевого угла смачивания; микропипетка с загнутым концом; растворы перманганата калия и щавелевой кислоты; дистиллированная вода; колба для слива.

Теоретическое введение

Смачивание поверхности наблюдается на границе раздела трёх фаз: Г — Т — Ж или Ж₁ — Т — Ж₂ .

Мерой смачивания является краевой угол q между пло­скостью смачиваемой твёрдой поверхности и плоскостью, касательной к поверхности жидкости в одной из точек контура смачивания твёрдого тела данной жидкостью.

Если q = 0° , то смачивание полное.

Если 0° < q < 90° , то смачивание частичное.

Если 90° < q < 180° , то смачивание плохое.

Равновесное значение угла смачивания для идеально гладкой однородной поверхности рассчитывают по уравнению Юнга:

cosq = (s_{т – г} – s_{т – ж}) / s_{ж – г} ,

где s_{т – г} — поверхностное натяжение на границе раздела “твёрдое тело – газ”; s_{т – ж} — поверхностное натяжение на границе раздела “твёрдое тело – жидкость”; s_{ж – г} — поверхностное натяжение на границе раздела “жидкость – газ”.

Учитывая это уравнение, можно найти работу смачивания:

А _смач. = s_{т – г} – s_{ж – т} = s_{ж – г} cosq.

Краевой угол смачивания зависит от соотношения сил сцепления молекул жидкости с молекулами или атомами смачиваемого тела (адгезия) и от сил сцепления молекул жидкости между собой (когезия).

Обратимая работа адгезии вычисляется по уравнению

А _адг. = s_{ж – г} (1 + cosq).

Обратимую работу когезии вычисляют по уравнению

А _ког. = 2 s_{ж – г} .

Таким образом, обратимая работа адгезии меньше или равна обратимой работе когезии. С увеличением отношения А _ког. / А _адг. смачивание увеличивается.

Методика выполнения работы

1. Обезжирьте поверхность стеклянной пластинки в горячем растворе перманганата калия в течение 10 мин.

2. Промойте стеклянную пластинку дистиллированной водой.

3. Обработайте стеклянную пластинку в растворе щавелевой кислоты в течение 10 мин.

4. Промойте стеклянную пластинку дистиллированной водой.

5. Установите стеклянную пластинку в кювету прибора для определения краевого угла смачивания.

6. Налейте в кювету дистиллированную воду.

7. С помощью микропипетки поместите пузырёк воздуха на поверхность стеклянной пластинки.

8. Нажмите кнопку “Измерение” и, перемещая объектив прибора и кювету, получите резкое изображение пузырька воздуха на матовом экране (в центральной части экрана).

9. Измерьте краевой угол смачивания. Измерения повторите трижды.

10. Выключите прибор из сети, извлеките стеклянную пластинку из кюветы и вылейте из кюветы воду.

11. Рассчитайте: среднее значение краевого угла и работы смачивания, адгезии и когезии.

12. Сравните полученные значения работ когезии и адгезии.