Wiązania chemiczne i siły oddziałowywań międzycząsteczkowych mają naturę elektromagnetyczną. Za stabilną strukturę budowy cząsteczek odpowiedzialne są wiązania chemiczne, a więc elektronu walencyje atomów. Wiązania te są na ogół silniejsze niż wiązania międzycząsteczkowe. Siły oddziaływań międzycząsteczkowych gazów i cieczy nazywają się siłami Van Der Waalsa. Działają one między elektrycznie obojętnymi atomami lub cząsteczkami. Gdy odległość między dwiema elektrycznie obojętnymi cząsteczkami jest dostatecznie mała, to rozkłady ładunków w tych cząsteczkach ulegają deformacji (polaryzacji) i występuje między nimi przyciąganie elektryczne. Gdy odległość między tymi cząsteczkami jest jeszcze mniejsza, zaczynają dominować siły odpychania. Istnieje więc taka odległość (pomiędzy dwoma cząsteczkami), przy której siły przyciągania i odpychania równoważą się. Wtedy oddziaływania obu cząsteczek osiąga minimum.

Ogólnie można powiedzieć, że pomiędzy dwiema cząsteczkami występują następujące oddziaływania Van Der Waalsa:

1. Elektrostatyczne (kulombowskie)

1. dipolowe

2. dyspersyjne

2. Magnetyczne

Między cząsteczkami cieczy występują siły wzajemnego oddziaływania. Siły te odgrywają istotną rolę w pewnym obszarze, wokół każdej cząsteczki, zwanym sferą działania. Średnie odległości cząsteczek w cieczach są znacznie mniejsze niż w gazach i dlatego siły oddziaływań między cząsteczkami cieczy są o wiele większe, niż siły oddziaływania między cząsteczkami gazu. Na cząsteczkę znajdującą się wewnątrz cieczy działają siły przyciągania pochodzące od otaczających ją cząsteczek. Ze względu na symetrię sferyczną siły te kompensują się tak, że ich wypadkowa równa się zeru.

Rozkład sił działających na cząsteczkę znajdującą się na powierzchni cieczy jest inny. Siły przyciągania, pochodzące od cząsteczek cieczy, tworzą wypadkową, która jest skierowana do wewnątrz cieczy wzdłuż normalnej do powierzchni cieczy. Wypadkowa sił pochodzących od cząsteczek gazu lub pary działa na rozpatrywaną cząsteczkę także wzdłuż normalnej do granicy ciecz-gaz (para), ale jest skierowana ku górze (w warunkach ziemskich). Wartość tej siły jest jednakże wielokrotnie mniejsza niż siły przyciągania między cząsteczkami cieczy. Wypadkowa siła działająca na cząsteczki znajdujące się na powierzchni cieczy jest więc skierowana w głąb cieczy. Na skutek tego powierzchnia cieczy zmniejsza się.

Napięciem powierzchniowym σ danej cieczy, na granicy z inną fazą, nazywamy pracę potrzebną do izotermicznego zwiększenia powierzchni o jednostkę. W układzie SI wymiarem napięcia powierzchniowego σ jest J/m² lub N/m.

POMIAR NAPIĘCIA POWIERZCHNIOWEGO METODĄ

ODRYWANIA

Pomiar ten polega na zważeniu w powietrzu metalowej płytki, a następnie zmierzeniu siły potrzebnej do oderwania płytki od powierzchni cieczy ( w naszym wypadku wody destylowanej lub denaturatu). Następnie za pomocą wzoru:

gdzie m¹ - masa płytki w powietrzu

m² - masa płytki w momencie odrywania od cieczy

g - przyspieszenie ziemskie, obieram za nie 9,811 m/s²

b - szerokość zanurzonej części płytki (37,6 mm ∓ 0,1 mm).

Ponieważ grubość płytki jest bardzo mała, pomijam ją. Pomiary przeprowadziliśmy w stałej temperaturze 21,5 °C. Pomiarów było dziesięć dla każdej z cieczy. Błędy liczone są metodą różniczki zupełnej.

POMIAR ODRYWANIA DLA WODY DESTYLOWANEJ

lp.	m2	Δm2	śr.m2	m1	Δm1	σ	Δσ	Δσ/σ
	10^-^6 kg					10^-^3 N/m		%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	2500 2494 2490 2492 2488 2484 2482 2480 2476 2478	2	2486	2174	2	40,705	0,45	1,1

POMIAR ODRYWANIA DLA DENATURATU

lp.	m2	Δm2	śr.m2	m1	Δm1	σ	Δσ	Δσ/σ
	10^-^6 kg					10^-^3 N/m		%
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10	1808 1808 1810 1808 1810 1808 1810 1810 1812 1812	2	1810	1608	2	26,354	0,61	2,31

POMIAR NAPIĘCIA POWIERZCHNIOWEGO METODĄ

STALAGMOMETRU

Metoda ta polega na zważeniu jednej kropli badanej cieczy (czyli,

podobnie jak poprzednio, wody destylowanej lub denaturatu). Mając masę jednej kropli wykorzystujemy ją we wzorze:

gdzie m - masa kropli

ρ_t - gęstość cieczy w danej temperaturze --> [Author:RK] (czyli, tak jak wcześniej, w temperaturze 21,5 °C)

R - promień zewnętrzny kapilary

Po obliczeniu wartości U szukamy w tabelach odpowiedniej dla niej wartości K. Tę wartość używamy w ostateczym wzorze na napięcie powierzchniowe:

ciecz	lp.	mnc	śr. mnc	mk	Δmk	U	K	σ	Δσ	Δσ/σ
				10^-6 kg						10^-^3 N/m		%
Woda destylo-wana	1 2 3	17649,2 17875,2 17,75	17758,1	68,1	0,02	5,7184	0,25047	73,24	6,95	9,49
Denaturat	1 2 3	15553,4 15597,8 15552,4	15567,9	24,3	0,02	2,5782	0,26241	27,38	2,41	8,8

m_nc - masa naczynia z badaną cieczą

m_k - masa pojedynczej kropli

Masa naczynia jest stała dla obydwu pomiarów i wynosi 14,3544 g. Za gęstość wody destylowanej obrałem wzięte z tablic ρ = 998,2 kg/m³. Gęstość denaturatu to ρ = 790 kg/m³. Błąd wszystkich pomiarów liczyłem metodą pochodnej logarytmicznej. Błąd Δg = 0,001 m/s². Błąd ΔR = 0,1 mm.

Dyskusja błędów:

Przy obliczaniu napięcia powierzchniowego metodą stalagmometru mógł zostać popełniony błąd w odliczaniu 50 kropel cieczy. Przy metodzie odrywania duży wpływ na dokładność wyników miało nienajlepsze działanie wagi torsyjnej i konieczność doważania płytki drucikem (stąd inna masa płytki dla wody a denaturatu). Brak wzoru na czynnik liczbowy K i konieczność odczytywania go z tablic też wpływają na dokładność wyników.

Wnioski:

Metoda stalagmometru wydaje się być dokładniejsza z racji nienalepszego działania wagi torsyjnej i konieczności doważania płytki drucikem. Stąd taka różnica pomiędzy wynikiem dla wody destylowanej z metody odrywania a stalagmometru. Jednak wyniki dla denaturatu są bardzo zbieżne. Dlatego za najlepsze wyniki uważam te otrzymane po przeprowadzeniu pomiarów metodą stalagmometru.

---