Поверхностного натяжения
Цель работы: определение поверхностного натяжения растворов сталагмометрическим методом.
Реактивы: водные растворы NaCl, олеат натрия С18Н33О2Na, этилового С2Н5ОН и амилового С5Н11ОН спиртов, сахарозы С12Н22О11 (или глюкозы С6Н12О6) концентрации 2 моль/л.
Оборудование: сталагмометр, резиновая груша, мерный цилиндр вместимостью 20 мл, химические стаканы или колбы вместимостью 100-150 мл – 6 шт., штатив с держателем, фильтровальная бумага.
Методика работы
Известно большое число методов определения поверхностного натяжения жидкостей на границе жидкость – воздух. Метод счета капель (сталагмометрический) является наиболее простым и достаточно точным методом. Установка для измерения поверхностного натяжения сталагмометрическим методом (рис. 9.2). Сталагмометр представляет собой прямую или изогнутую стеклянную трубку, имеющую в средней части расширение (резервуар) 2, ниже и выше которого нанесены метки 1 и 3. Эти метки обозначают объем вытекающей жидкости. Нижний конец трубки является толстостенным капилляром, оканчивающимся широкой горизонтальной хорошопришлифованной поверхностью для получения одинаковых капель. К верхнему концу трубки присоединяют резиновый шланг с грушей 5 и зажимом 4. С помощью зажима регулируют скорость образования и отрыва капли жидкости. Сталагмометр укрепляют на штативе строго горизонтально.
Сталагмометрический метод (греч. stalagma – капля) основан на зависимости между числом капель, получаемых из данного объема жидкости (при свободном ее падении в виде капель) и поверхностным натяжением. Чем меньше поверхностное натяжение истекающей из сталагмометра жидкости, тем меньший объем имеет капля, тем, следовательно, больше будет число капель n. Обычно придерживаются скорости истечения, обеспечивающей образование 1-3 капель в минуту. При правильно выбранном времени образования капель сталагмометрический метод дает точные значения поверхностного натяжения растворов ПАВ.
Поверхностное натяжение исследуемой жидкости вычисляют по формуле
, (9.10)
где s0 и s х – поверхностное натяжение соответственно воды и исследуемой жидкости; n 0 и nx, r0 и r х – число капель и плотности воды и исследуемой жидкости; K – постоянная сталагмометра; K = 
.
Для разбавленных растворов, плотность которых практически равна плотности чистого растворителя, поверхностное натяжение вычисляют по формуле
. (9.11)
Для выполнения работы тщательно вымытый и высушенный сталагмометр вставляют в штатив (рис. 9.2). На верхний конец сталагмометра надевают резиновый шланг с грушей 5 и зажимом 4. Опускают нижний конец сталагмометра в стакан с исследуемым раствором. С помощью груши набирают жидкость выше верхней метки, избегая образования пузырьков воздуха. Закрывают винтовой зажим 4. Поднимают сталагмометр над жидкостью и устанавливают его в штативе в строго вертикальном положении. Затем осторожно открывают зажим и жидкость по каплям начинает вытекать из капилляра сталагмометра. Капля должна отрываться примерно через 10 с. Когда уровень жидкости совпадает с верхней меткой 3, начинают счет капель. При совпадении уровня жидкости с нижней меткой 1 счет капель заканчивают. Определения повторяют три раза и вычисляют среднее арифметическое число капель.
Сначала опыт проводят с дистиллированной водой, для которой известно поверхностное натяжение s0 (прил. 8). Подставив подсчитанное число капель для воды в формулу
,
находят постоянную сталагмометра. Точно так же подсчи-тывают число капель исследуемых растворов. Поверхностное натяжение растворов вычисляют по формуле (9.11).
Результаты измерений и расчетов заносят в табл. 9.1.
Таблица 9.1
Результаты эксперимента и расчета
| Исследуемый раствор | При числе капель | Поверхностное натяжение s, Дж/м2 | ||||
| ср. | расчетное | теоретическое | ||||
| Вода | ||||||
| NaCl | ||||||
| Олеат натрия | ||||||
| Этиловый спирт | ||||||
| Амиловый спирт | ||||||
| Глюкоза | ||||||
| Сахароза |
На основании результатов измерений и расчетов подразделить исследуемые растворы на поверхностно-активные, поверхностно-неактивные и поверхностно-инактивные.
Сделать вывод о поверхностном натяжении различных жидкостей.
