Опишите определение поверхностного натяжения растворов с помощью метода наибольшего давления пузырьков воздуха. Приведите его расчетную формулу

		Химия
		Решение задачи
		18 февраля 2021
		Выполнен, номер заказа №16951
		Прошла проверку преподавателем МГУ
		245 руб.

Опишите определение поверхностного натяжения растворов с помощью метода наибольшего давления пузырьков воздуха. Приведите его расчетную формулу.

Ответ:

Метод наибольшего давления пузырьков воздуха основан на измерении давления, при котором происходит отрыв пузырька воздуха, выдуваемого в жидкость через капилляр. При медленном продавливании пузырька из капилляра в жидкость в нем возникает избыточное внутреннее давление ΔР, которое, согласно закону Лапласа, определяется поверхностным натяжением σж-г и кривизной поверхности пузырька. Радиус кривизны rм изменяется по мере продавливания пузырька в жидкость. Со временем радиус кривизны уменьшается, пузырек становится все более выпуклым и при rм = r избыточное давление внутри пузырька достигает максимального значения ΔРmах. Это давление соответствует внешнему давлению в капилляре. Для дальнейшего увеличения размера пузырька не требуется повышение внешнего давления, поскольку с ростом пузырька внутреннее давление в нем в соответствии с уравнением Лапласа уменьшается. В результате воздух, находящийся в трубке, устремляется к сформировавшему пузырьку и приводит к его отрыву от капилляра. Таким образом, определение поверхностного натяжения рассматриваемым методом сводится к измерению внешнего давления, равного ΔРmах. При определении поверхностного натяжения методом максимального давления в пузырьке следует также учитывать гидростатическое давление слоя жидкости, находящейся над ним. Однако, если глубина погружения капилляра в жидкость незначительна и радиус r мал, поправкой на это давление можно пренебречь. Максимальное давление в пузырьке в простейшем варианте можно измерить с помощью прибора Ребиндера. Прибор состоит из измерительной 618 ячейки с капилляром, аспиратора, с помощью которого создают внешнее давление, и микроманометра (рисунок 1).

Измерения ΔРmах проводят следующим образом. Исследуемую жидкость наливают в ячейку до уровня, при котором кончик капилляра погружается в нее не более чем на 1 мм (избыток жидкости отбирают с помощью капилляра). Ячейку соединяют отводной трубкой с аспиратором и краном микроманометра. Вращая регулятор уровня манометрической жидкости, устанавливают мениск в манометрической трубке против нулевой отметки. Кран поворачивают по часовой стрелке, соединяя микроманометр с системой разрежения, в результате чего манометрическая жидкость поднимается в трубке. Сформировавшийся на конце капилляра пузырек воздуха при достижении ΔРmах, пробивая поверхностный слой, лопается. В этот момент давление в системе снижается, и манометрическая жидкость начинает опускаться, но затем в результате образования нового пузырька она снова 619 поднимается. Таким образом, уровень манометрической жидкости все время колеблется. Чтобы уменьшить пульсацию жидкости в измерительной трубке, добиваются равномерного проскока пузырьков, с интервалом 20-30 с. Время образования и отрыва пузырьков воздуха регулируют путем изменения скорости вытекания воды из аспиратора. Если показания манометра ΔРmах в течение 2-3 мин не изменяется, то его считают установившимся и записывают в журнал. Чтобы исключить трудоемкую операцию по измерению радиуса капилляра, для определения поверхностного натяжения используют относительный метод. Для этого находят константу ячейки k, которую рассчитывают по значения максимального давления ΔРст и поверхностного натяжения σст для стандартных жидкостей (обычно дистиллированной воде) по формуле: Определив коэффициент k и измерив давление ΔРmах для исследуемой жидкости, рассчитывают значение поверхностного натяжения по формуле