Определение поверхностного натяжения методом счета капель

Методсчета капель считается самым простым способом измерения поверхностногонатяжения с технической точки зрения. В основе расчетов лежит закон, согласнокоторому вес капли, отрывающейся от пипетки, пропорционален поверхностномунатяжению жидкости ( ) и радиусу пипетки (R) , т.е.

g- ускорение свободного падения;

m- масса капли исследуемой жидкости.

Процессизмерений прост и состоит их двух этапов. На первом этапе определяется радиуспипетки (сталагмометра). Величина радиуса вычисляется по результатам измерениявеса капли какой-либо стандартной жидкости, например, дистиллированной воды.Для измерения радиуса не используются какие-либо дополнительные измерительныеинструменты, такие как микрометр, поскольку величина радиуса в формуле (1) лишьприближенно отражает действительные размеры используемой пипетки. (Причинытакого положения дел будут пояснены далее.)

Второйэтап состоит в том, что из пипетки выдавливается несколько капель исследуемойжидкости в посуду для взвешивания. Первая капля не должна попасть в числовзвешиваемых. Далее взвешиванием на весах определяется общий вес капель.

Важнымявляется процесс формирования отдельной капли. Формировать каплю быстронедопустимо, так как результат последующего измерения будет недостоверен из-затого, что сила инерции поступающей жидкости оторвет каплю раньше времени.Медленно же формировать каплю не рационально. Обычно поступают следующимобразом: каплю формируют быстро, но на последней стадии формирования (до ееотрыва от пипетки) замедляют процесс. Капля должна оторваться при оченьмедленном поступлении жидкости.

Систематическаяошибка от использования для расчетов формулы (1) достигает в лучшем случае2-3%, если для калибровки (определения радиуса) применялась дистиллированнаявода, а поверхностное натяжение исследуемой пробы равно 20 дин/см. Это связанос тем, что вышеупомянутая формула не совсем верно отражает существующееположение дел. Лонштейн, а затем Гаркинс и Браунс еще в начале века показали,что лучшими показателями обладает формула:

F- поправка, зависящая от отношения V/R³;

V- объем капли.

Использованиеэтой формулы для расчетов позволяет определять поверхностное натяжение сточноcтью 0,1-0,2%.

Втаблице 1 показаны значения поправок F для различных V/R³. Изтаблицы следует, что в действительности образуется капля меньшего размера, чемэто предсказывает предыдущая формула (1). Таким образом, расчеты радиуса пораствору с известным поверхностным натяжением дают значение на 40% меньшедействительного размера пипетки.

Таблица1.

V/R³

Расчетыпо формуле (2) также предполагают 2 этапа исследований. На первом этапеопределяется радиус пипетки по стандартному раствору, а на втором - измерениеповерхностного натяжения исследуемой пробы. Расчеты по определению радиусапипетки усложняется поправкой F, которая зависит от V/R³. Трудностьсостоит в том, что в формуле (2) радиус фигурирует в 2-х местах. Вычислять егоаналитическим путем довольно сложно. В связи с этим лучше знать действительныегеометрические размеры пипетки, предварительно измеренные микрометром.Измеренный радиус следует использовать только для вычисления поправки F. Такимобразом, радиус по формуле (2) вычисляется довольно просто:

_ст - поверхностное натяжение стандартного раствора.

Привычислениях поверхностного натяжения исследуемого раствора применяется тот жепринцип: радиус, измеренный микрометром, применяется только для вычисленияпоправки.