Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом Ребиндера.
Цель работы:Изучение явления поверхностного натяжения и его
характеристик, капиллярных явлений, освоение метода
Ребиндера и определение с его помощью коэффициента
поверхностного натяжения раствора этилового спирта.
Теоретическая часть.
Молекулы жидкости расположены друг от друга на расстоянии в несколько нанометров и между ними действуют силы взаимного притяжения.
На молекулу М2, расположенную внутри жидкости (рис.1), действуют примерно одинаковые силы со стороны окружающих ее молекул, поэтому их равнодействующая в среднем равна нулю.
Длямолекулы М1, расположенной на поверхности жидкости,силы притяжения со стороны молекул газа очень малы по сравнению с силами притяжения молекул жидкости, поэтомуравнодействующая F1 этих сил направлена внутрь жидкости, перпендикулярно ее поверхности. Вследствие этого молекулы поверхностного слоя втягиваются внутрь объема жидкости и поверхностный слой оказывает молекулярное давление на жидкость.
Чтобы переместить молекулу изнутри объема на поверхность жидкости, необходимо совершить работу против сил молекулярного давления, поэтому по сравнению с молекулами внутри жидкости каждая молекула на ее поверхности обладает дополнительной поверхностной потенциальной энергией.
Величина этой энергии Wп для всего поверхностного слоя прямо пропорциональна количеству молекул в этом слое и, следовательно, прямо пропорциональна площади S свободной поверхности жидкости:
Wп = σ·S.(1)
Коэффициент пропорциональности σ зависит только от температуры и природы жидкости и называется коэффициентом поверхностного натяжения, единицей его измерения в СИ является Джоуль/м2 или Н/м.
Свободная поверхность жидкости стремится принять состояние с наименьшей потенциальной энергией и принять поэтому наименьшую возможную площадь. Сокращение поверхности жидкости вызывают молекулярные силы, действующие на молекулу М1 (рис.1) поверхностного слоя по касательной к поверхности и стремящиеся как бы «разорвать» поверхность в точке М1 и которые называются силами поверхностного натяжения.Если провести на поверхности жидкости воображаемую линию, то равнодействующая Fп сил поверхностного натяжения будет направлена по касательной к поверхности жидкости и одновременно перпендикулярно линии возможного разрыва поверхности. Эта сила пропорциональна числу молекул в линии разрыва, и, следовательно, ее длине l :
Fп = σ·l , (2)
где σ – тот же коэффициент поверхностного натяжения, выраженный в Н/м и численно равный силе пoверхностного натяжения, приходящейся на единицу длины рассматриваемой линии.
Коэффициент поверхностного натяжениязависит только от природы жидкости и ее температуры. Для различных веществ он принимает значения от 0,01 до 2,0 Н/м, для биоклеток не более 0,10 Н/м.
Вещества, растворенные в жидкости, способны как понижать, так и повышать поверхностное натяжение. Вещества, понижающие поверхностное натяжение раствора, называются поверхностно-активными веществами (ПАВ). К ним относится, в частности, сурфактант, снижающий поверхностное натяжение альвеолярных стенок, обеспечивая тем самым возможность дыхания.
Измерение коэффициента поверхностного натяжения имеет диагностическое значение в клинике. Например, в норме для мочи человека он равен 66 мН/м, а при появлении в моче желчных пигментов снижается до 56 мН/м.