Napięicie powierzchniowe

ciecze w odróżnieniu od gazów mają dobrze ukształtowane powierzchnie oddzielające je od otoczenia

Okazuje się, że siły wzajemnego odziaływania miedzy cząsteczkami na powierzchni cieczy są większe

od sił oddziaływania miedzy cząsteczkami wewnątrz fazy ciekłej.

Dla cząsteczek na powierzchni cieczy: siły przyciągania tych cząsteczek nie są zrównoważone od strony gazu

i mają tendencje do wciągania cząstek w głab cieczy. Na powierzchni cieczy jest zgromadzona pewna

energia E zwana energią powierzchniową cieczy. Energia ta jest proporcjonalna do

powierzchni cieczy A, czyli:

dE=d * dA lub E=d * A

d -współczynnik proporcjonalności zwany napięciem powierzchniowym

d [N/m] lub [J/m^2]

Napięcie powierzchniowe cieczy-definiuje się jako pracę potrzebną do zwiększenia powierzchni

cieczy o jednostkę np. 1 m^2 , 1 cm^2. Napięcie pow. jest własnością wąskiej perzestrzeni oddzielającą

jedną fazę od drugiej.

W skutek występowania napięcia powierzchniowego powierzchnia cieczy jest jakby pokryta elastyczną,

bardzo cienką błoną. Napięcie pow. cieczy zależy od rodzaju cieczy i temperatury sąsiadującej z nią fazy.

Nap. pow. roztworów zależy także od stężenia.

Ilościowa teoria wiążąca zmiany napięcia powierzchniowego z adsorpcją substancji rozpuszczonej na

powierzchni roztworu opracował Gibbs

a= -(c/R*T)*(sd/sc)A

p-stała gazowa

T-temp.absorpcji

d-napięcie powierzchniowe

c- stężenie

*Gdy substancja rozpuszczona wraz ze wzrostem stężenia obniża napięcie powierzchniowe (sd/sc)A wówczas

ma wartość ujemną i adsorpcja jest dodatnia.

*Gdy (sd/sc)A ma wartość dodatnią wówczas substancja rozpuszczona wraz ze wzrostem stężenia podwyższa

napięcie powierzchniowe i stężenie substancji rozpuszczonej jest na powierzchni mniejsze, niż w roztworze

czyli mamy adsorpcję ujemną

*Gdy (sd/sc)A = 0 stężenie substancji rozpuszczonej jest takie samo na powierzchni jak i w głębszych warstwach roztworu

Metody pmiaru napięcia powierzchniowego

1.) Metoda kapilarna.

w metodzie tej mierzy sie wysokość h, do której wznosi sie ciecz w rurce kapilarnej o pomieniu r. Siła napięcia

powierzchniowego P, skierowana do góry jest równoważona przez cieżar słupa cieczy G

P=d*2pr

G=m*g ; m=dc*V ; dc-gęstość cieczy V-objętosc słupa cieczy V=pr^2 * h

d*2pr =dc * pr^2 * h * g

d= dc*r*h*g/2

2.) Metoda kroplowa (stalagmometryczna).

Stalgmometr jest to rurka dwukrotnie zgięta, zaopatrzona w mały otwór. Ciecz wyplywająca z pionowej grubościennej

kapilary przez otworek u dołu zbiera sie w postaci kropli. Kropla narasta stopniowo i odrywa sie dopiero wtedy gdy jej

cieżar zrówna sie z siłą napiecia powierzchniowego.

mg=d*2pr

m=V*dc/n

V*dc*g/n=d*2pr

d=V*dc*g/2pr*n

m- masa kropli

g-przyspieszenie ziemnskie

r-promien koła wzdłuż którego obwodu odrywa się kropla

dc-gęstość cieczy

n-liczba kropli wyplywajacych w czasie opróznienia stalagnometru

V-objętośc cieczy

3.)Metoda pęcherzykowa.

Do naczynka pomiarowego nalewa sie pewną ilość wody i umieszcza się je w termostacie wodnym o stałej temperaturz.

Następnie do naczynka wkłada się kapilarę i łączy ją z lewym ramieniem manometru za pomocą węża gumowego. Do

prawego ramienia manometru wkrapla się ciecz manometryczną za pomocą wkraplacza. W miarę wkraplania cieczy

manometrycznej w kapilarze wzrasta ciśnienie powietrza. Gdy z kapilary zaczną uchodzić pęcherzyki powietrza wtedy

przerywa się dalsze wkraplanie cieczy i odczytuje się różnice poziomów h1. Następnie obniża sie wartośc ciśnienia w

kapilarze. W momęcie pojawienia sie pęcherzyków powietrza , korzystając ze wzoru:

p=(d1*h1 - dw*hz)*9.81

d1-gęstosć cieczy manometrycznej

hz-głębokość zanurzenia kapilary

dw-gęstość wody

Pomiedzy napięciem powierzchniowym cieczy d promień kapilary r oraz ciśnienie powietrza p w kapilarze zachodzi

zależność:

r=2d/p

znająć r i p możemy obliczyć napięcie powierzchniowe d

Zależność napięcia powierzchniowego od temperatury.

W miarę podwyższania temperatury napięcie powierzchniowe cieczy maleje i w pobliżu temperatury krytycznej osiąga

wartosc zero.

w temperaturze krytycznej linia ulega zakrzywieniu i po pewnym czasie osiąga wartość zero...

Zależność Eótrosa:

molowe napięcie powierzchniowe dM=d*V^(2/3)

k(T'kr-T)=d*V^(2/3)

V=M/d

V-objętość molowa

V^(2/3)-odpowiada powierzchni

Tkr-temperatura krytyczna

k- współczynnik, który dla większości cieczy wynosi 2,1*10^(-7) J/K

Zwilżalność vs. Niezwilżalność

*Warynek zwilrzalności-jeżeli mamy trzy fazy stykające się ze sobą ,to na granicy ich zetknięcia ustala sie

równowaga sił napięcia powierzchniowego. Taki układ stanowią: ciało stałe, ciecz i gaz. Krople cieczy

znajdujące się na powierzchni płaskiej ciała stałego tworzą z nią kąt j zwany kątem zwilżania. Tworzy sie on

pomiędzy napięciem powierzchniowym c.stałego i cieczy, a napięciem cieczy i gazu.

1.) Przypadek nie zwilżania ciała stałego przez ciecz:

dSG =dSC+dCG*cosj

2.) Przypadek zwilżania ciała stałego przez ciecz:

ciecz zwilżająca odnosi się do konkretnego ciała stałego np. woda nie zwilża wosku

*jeżeli j > 90 oznacza to ze siły przyciągania atomów A przez atomy C nie są tak silne, jak siły przyciągania

pomiędzy atomami A i ciecz nie zwilża ciała stałego.

*jeżeli j <90 , w tym przypadku pomiedzy atomami A i C istnieją stosunkowo duże siły przyciągania i ciecz

zwilża ciało stałe.

*jeżeli j = 0 ciecz rozlewa się całkowicie po powierzchni ciała stałego (całkowite zwilżanie)

*jeżeli j =180 to brak jest jakich kolwiek sił przyciągania pomiędzy cieczą i ciałem stałym (całkowity brak zwilżania)