Лабораторная работа 2

Исследование влияния температуры

на поверхностное натяжение жидкости

Цель работы: освоить сталагмометрический метод определения поверхностного натяжения; определить температурный коэффициент по­верхностного натяжения, скрытую теплоту образования единицы новой поверхности и полную удельную поверхностную энергию; рассчитать Т _крит. .

Приборы, оборудование и растворы: сталагмометр, термостат, стандартная жидкость (вода), этиленгликоль.

Теоретическое введение

Поверхность раздела фаз обладает свободной поверхностной энергией, возникающей из-за неравенства сил, действующих на молекулы поверхностного слоя со стороны контактирующих фаз. Поверхностное натяжение жидкости тождественно её удель­ной свободной поверхностной энергии. Тенденция системы к уменьшению её свободной энергии приводит к тому, что жидкость принимает форму шара. Удельную поверхностную энергию, или поверхностное натяжение, обозначают символом s.

Разработано значительное число методов определения поверхностного натяжения. Методы измерения поверхностного натяжения разделяют на две группы: статические и динамические.

К статическим относятся методы:

· капиллярного поднятия;

· взвешивания капель (сталагмометрический);

· давления пузырька;

· отрыва кольца;

· висячей или неподвижной капли;

· дифференциальный метод Лэнгмюра для тонких нерастворимых плёнок на жидких поверхностях.

К динамическим относятся методы:

· капиллярных волн;

· колеблющейся струи жидкости;

· измерения скорости истечения жидкости в капиллярных трубках.

Выбор метода изучения поверхностного натяжения определяется необходимой точностью измерений. При этом предпочтение отдаётся методу, позволяющему максимально просто осуществить эксперимент.

Мы предлагаем выполнить определение поверхностного натяжения сталагмометрическим методом (для летучих жидкостей необходимо насыщение её паром измерительной камеры).

Методика выполнения работы

1. Заполните сталагмометр исследуемой жидкостью до верхней метки и закройте кран сталагмометра (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Сталагмометрическая уста­новка для исследования за­висимости поверхностного натяжения от температуры:

1 — кран;

2 — метки;

3 — капилляр;

4 — капля;

5 — стакан;

6 — воздушный термостат;

7 — штатив;

8 — стол;

9 — терморегулятор

2. Установите в термостате первую (из заданных препода­вателем) температуру.

3. Откройте кран сталагмометра и начните отсчитывать число падающих капель. Отсчёт капель прекратите, когда уровень жидкости достигнет нижней метки.

4. Результат измерения числа капель исследуемой жидкости запишите в табл. 1.

5. Вновь заполните сталагмометр исследуемой жидкостью. Установите следующую температуру в термостате. И повторите измерение согласно пп. 1 — 4. Таким же образом проведите отсчёт капель жидкости при всех указанных температурах.

Обработка результатов

1. Рассчитайте массу одной капли жидкости по формуле

m = V r n ^–1 ,

где V — общий объём капель исследуемой жидкости, см³ ; r — плотность исследуемой жидкости, г/см³ ; n — число капель исследуемой жидкости.

Результаты вычисления запишите в табл. 1.

2. Рассчитайте значения поверхностного натяжения (s) при всех температурах по формуле

s = k m ,

где k — постоянная сталагмометра Дж/(м^{2 ·} г) ; m — масса одной капли исследуемой жидкости, г.

Значения постоянной сталагмометра приводятся в описании прибора.

3. Постройте график зависимости поверхностного натяжения от температуры (рис. 2.2) и определите температурный коэффициент этой зависимости (b).

Рис. 2.2. Зависимость поверхностного натяжения от температуры

4. Рассчитайте критическую температуру по формуле

T _крит. = s _i b^–1 + T_i .

Сравните полученное значение со справочными данными и рассчитайте величину отклонения.

5. Рассчитайте скрытую теплоту образования единицы новой поверхности {– T (ds / d T ) _Р }.

6. Рассчитайте полную удельную поверхностную энергию (U ) по уравнению:

U = s – T (ds / d T ) _Р .

Результаты вычислений занесите в табл. 1.

Таблица 1

Экспериментальные и расчётные значения величин

Т, К	n	m, г	V, м3	U, Дж/м2	s, Дж/м2
Т 1 — Т 4

7. Сделайте вывод о зависимости поверхностного натяжения от температуры.