09.10.2012	Wyznaczanie napięcia powierzchniowego cieczy metodą stalagmometryczną	Ocena
Farmacja Grupa 19	Dominika Woźniak Barbara Woźniak Sylwia Kowalczyk

TEORIA

Napięcie powierzchniowe - zjawisko fizyczne występujące na styku powierzchni cieczy z ciałem stałym, gazowym lub inną cieczą.

Polega na powstawaniu dodatkowych sił działających na powierzchni cieczy w sposób kurczący ją:

- dla powierzchni wypukłej przyciągający do wnętrza cieczy, dla wklęsłej odwrotnie.

Napięcie powierzchniowe ma podwójne znaczenie:

1. siłowe - gdyż wyraża się przyłożona do 1m długości błonki

σ=F/l

b) energetyczne - gdyż oznacza energie potencjalną zmagazynowaną w 1m² błonki powierzchniowej

σ=Ep/∆S

Napięcie powierzchniowe zależy od: rodzaju cieczy, temperatury.

Zależność od temperatury → napięcie powierzchniowe zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury i ginie(osiąga zero) w temperaturze krytycznej lub kilka stopni poniżej niej.

k- stała dla danej cieczy

σ=k/V^2/3 (T_k-T) V- objętość molowa cieczy

T_k- temperatura krytyczna

Jeśli siły oddziaływania między cząsteczkami cieczy i ścianek są większe od sił między cząsteczkami cieczy, powierzchnia cieczy w pobliżu ścianek zakrzywia się w górę → menisk wklęsły i zwilża ściany naczynia np. woda lub olej w naczyniu ze szkła.

Jeśli siły miedzy cząsteczkami cieczy a ścianek są małe , powierzchnia cieczy w pobliżu ścianek zakrzywia się w dół → menisk wypukły i nie zwilża ścianek naczynia np. rtęć w termometrze.

W rurce cienkiej (średnica poniżej 2mm) tzn. włoskowatej albo kapilarnej zakrzywienie obejmuje cały obszar wewnętrzny rurki w związku z czym błonka powierzchni cieczy przybiera kształt powierzchni kulistej o promieniu R na ogół większy niż promień rurki stykającej się ze ścianami rurki.

menisk w kapilarze

WKLĘSŁY WYPUKŁY

Metody wyznaczania napięcia powierzchniowego:

1. metoda kroplowa (stalagmometryczna)

polega na wyznaczaniu masy kropli odrywającej się od specjalnie ukształtowanego końca rurki kapilarnej lub wyznaczaniu liczby kropel tworzących się przy wypływie z tej rurki określonej objętości cieczy o znanej gęstości.

2. metoda wzniesienia kapilarnego

Jeżeli w cieczy umieścimy rurkę kapilarna pionowo otwarta z obu stron tak by wystawała nad powierzchnią cieczy to zależnie od tego czy zwilża materiał kapilarny czy też nie, utworzy się w rurce menisk wklęsły lub wypukły.

Badanie napięcia powierzchniowego gliceryny metoda stalagmometryczną.

Stalagmometr jest to naczynie zakończone kapilarą. Ciecz przepływa powoli przez

kapilarę pod wpływem siły ciężkości, tworząc na jej końcu kroplę. Ciecz zwilża dolną

podstawę kapilary i dobrze przylega do niej. Kropla powiększając się, ulega przewężeniu, po czym się odrywa. Zewnętrzny promień kapilary wynosi R, a promień przewężenia kropli w momencie odrywania r. Na cały obwód przewężenia kropli działa ciężar kropli mg, równoważący siłę napięcia powierzchniowego.

Można więc napisać γ = mg/2πr

Pomiar taki jest obarczony dużym błędem, dlatego częściej stosuje się metody porównawcze z wykorzystaniem

cieczy odniesienia (wzorcowej) - ze znanym, wcześniej wyznaczonym napięciem powierzchniowym -

dla wyliczenia według zależności:

gdzie

γ i γ_o - odpowiednio, napięcia powierzchniowe cieczy badanej i cieczy odniesienia,

n_o i n - ilości kropli otrzymane z tej samej objętości obu cieczy,

ρ i ρ_o - gęstości cieczy odniesienia i badanej.

Stąd :

Na tej zasadzie będziemy przeprowadzać badanie zmiany napięcia powierzchniowego gliceryny, po dodaniu coraz to większej ilości detergentu.

Próba I jest wyjściowym roztworem gliceryny o ρ = 0,563 g/cm³ (zakładamy ze gęstość w kolejnych próbach nie zmienia się drastycznie i wynosi tyle ile wartość wyjściowa) Mierzymy liczbę kropel uzyskanych przez przepuszczenie 1 cm³ przez stalagmometr. Przeprowadzamy pięć pomiarów w każdej próbie, uśredniając wynik. W próbach II-IV do roztworu gliceryny zostały dodane krople detergentu: II próba-1 kropla, III- 2 krople, IV- 3 krople.

Przeprowadzenie badania przedstawia tabela:

Numer pomiaru	Próba I	Próba II	Próba III	Próba IV
1	40	59	75	96
2	34	60	76	97
3	35	63	77	94
4	38	61	73	95
5	36	58	75	96
Średnia pomiaru	36,6	60,2	75,2	95,6

Teraz możemy obliczyć napięcie powierzchniowe wyjściowego roztworu oraz kolejnych :

Próba 1. γ_o = 36,6 * 0,563 g/cm³ = 20,6058 g/cm³

Próba 2. γ = (36,6 / 60,2) * 0,563 g/cm³ = 0,3423 g/cm³

Próba 3. γ =(36,6 / 75,2) * 0,563 g/cm³ = 0,2741 g/cm³

Próba 4. γ =(36,6 / 95,6) * 0,563 g/cm³ = 0,2155 g/cm³

Wnioski:

Wraz z dodawaniem do roztworu gliceryny detergentu obserwujemy, że liczba kropel opuszczających naczynie zwiększa się w każdej próbie mimo iż objętość roztworu we wszystkich pomiarach jest stała. Oznacza to, że detergent zmniejsza napięcie powierzchniowe cieczy, co potwierdzają wykonane obliczenia.

---