Определение межфазного натяжения растворов ПАВ

 

Среди многообразных поверхностных явлений, протекающих на границах раздела фаз, особое влияние оказывает межфазное натяжение.

При рассмотрении системы вода - нефть на их границе раздела всегда существует межфазное натяжение. Молекула воды, удаленная от поверхности раздела, со всех сторон окружена другими молекулами воды. Поэтому результирующая сила взаимодействия этой молекулы с другими молекулами равна нулю. Молекула, расположенная на поверхности раздела, подвержена действию, с одной стороны, молекул масла, расположенных выше границы раздела, а с другой стороны, молекул воды, лежащих ниже этой границы. Результирующая сила взаимодействия этой молекулы не равна нулю. Вследствие этого возникают силы межфазного натяжения и образуется поверхностный слой типа упругой мембраны.

Величина межфазного натяжения разных тел на границе раздела различных соприкасающихся фаз не одинакова и является для них физической характеристикой.

Приборы для определения межфазного натяжения основываются на измерении усилия, необходимого для разрыва поверхности межфазного раздела по периметру определенной длины. Наибольшее распространение получил метод определения объема капель [[99]], выдавливаемых из капилляра на границе раздела фаз.

Межфазное натяжение па границе двух жидкостей определяется но формуле:

 

σ = К · V · (ρ₁ – ρ₂), (1.7)

 

где σ - межфазное натяжение, мН/м;

К - постоянная капилляра, мНм³ / (м·кг);

V - объем выдавливаемой капли, в делениях шкалы;

ρ₁, ρ₂ - плотность граничащих жидкостей, кг/м³.

Для определения постоянной капилляра необходимо замерить межфазное поверхностное натяжение такой органической жидкости на границе с дистиллированной водой, для которой это значение имеется в справочнике. Например, величина поверхностного натяжения на границе октан - дистиллированная вода по справочнику равна 50,98 мН/м.

Определив на сталагмометре объем выдавливаемой капли, постоянную К капилляра определяют по формуле

 

К = 50,98/[V · (ρ_в - ρ_о)], (1.8)

 

где К - постоянная капилляра, мНм³ / (м·кг);

50,98 - значение поверхностного натяжения на границе октан -дистиллированная вода, мН/м;

V- объем всплывшей капли в делениях шкалы;

ρ_в - плотность воды, кг/м³;

ρ_о - плотность октана, кг/м³.

 

Проведение испытания

Устанавливается температура в термостате, равная 30 °С. Шприц заполняется нефтью и закрепляется с помощью скобы 14 на штативе. В стаканчик до метки наливается дистиллированная вода и в нее помещается загнутый капилляр, который с помощью медицинской иглы 10 надевается на шприц 4. Поверхность капилляра должна быть обезжирена хромовой смесью (концентрированная серная кислота + хромовокислый калий). Записывается число делений лимба микрометра и включается в сеть электродвигатель, который приводит во вращение микровинт, сообщающий поршню поступательное движение. Поршень шприца 4 начинает медленно перемещаться, вытесняя тем самым нефть из капилляра. В связи с этим на кончике капилляра формируется капля, которая при достижении критического объема, отрывается от капилляра и всплывает на поверхность воды. В момент отрыва капли необходимо отключить электродвигатель от электросети и записать число делений лимба микрометра. Высчитывается объем выдавливаемой капли в делениях лимба микровинта. Проводится не менее 10 подобных замеров и берется среднее значение объема капли V, по которому вычисляется величина межфазного натяжения на границе нефть-дистиллированная вода

 

σ_в-н = К · V · (ρ_в – ρ_н), (1.9)

 

где σ - межфазное натяжение, мН/м;

К - постоянная капилляра, мНм³ / (м·кг);

V - объем выдавливаемой капли, в делениях шкалы;

ρ_в - плотность воды, кг/м³

ρ_н - плотность нефти, кг/м³

По полученным данным эксперимента строится график зависимости величины межфазного поверхностного натяжения на границе нефть-вода от температуры.