Способ определения поверхностного натяжения жидкостей

Способ определения поверхностного натяжения жидкостей

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: изобретение относится к области исследования поверхностных свойств, в частности к исследованию поверхностного натяжения жидкостей, и может быть использовано для изучения закономерностей адсорбции и прогнозирования свойств поверхностно-активных веществ и их композиций, С целью повышения точности, достоверности и экспрессности определения поверхностного натяжения жидкостей, характеризующихся отличным от нуля краевым углом смачивания и медленным установлением равновесного значения поверхностного натяжения , измеряют высоту капиллярного поднятия, расстояние между линией трехфазного периметра смачивания и вершиной мениска , определяют капиллярную постоянную на основании численного решения основного уравнения капиллярности и рассчитывают поверхностное натяжение. 1 ил.. 1 табл. &

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st)s G 01 N 13/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4834815/25 (22) 05.06,90 (46) 07,08.92. Бюл, ЬВ 29 (71) Институт коллоидной химии и химии воды им. A.В,Думанского (72) В,Я.Побережный. В.Б.Марчук, M.Р,Максимюк и Т.З.Сотскова (56) Адамсом А. Физическая химия поверхностей. M.: Мир, 1979. с,14-21.

Волков Б.Н„Воляк Л.Д, К вопросу о расчете. капиллярной постоянной . — Журнал фиаеческой химии, 1972, т, 46, М 4, с,1025 — 1026.

Волков Б.H. Экспериментальное определение поверхностного натяжения простой и тяжелой воды, Автореф, на соиск. уч,степ, канд, тех. наук. М„1975, с.8-12, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТЕЙ

Изобретение относится к области исследования поверхностных свойств, в частности к исследованию поверхностного натяжения жидкостей, и может бйть использовано для изучения закономерностей адсорбции и прогнозирования свойств поверхностно-активных веществ и их композиций.

Известен способ определения поверхностного натяжения жидкостей. основанный на измерении высоты поднятия жидкости в капилляре, Сущность способа заключается в том, что для жидкостей. полностью смачивающих стенки капилляра. HB основании измерений высоты ее поднятия (Н1) в Ц,, 1753368 А1 (57) Использование: изобретение относится к области исследования поверхностных свойств, в частности к исследованию поверхностного натяжения жидкостей, и может быть использовано для изучения закономерностей адсорбции и прогнозирбвайия свойств поверхностно-активных веществ и их композиций, С целью повышения точности, достоверности и экспрессности определения поверхностного натяжения жидкостей, характеризующихся отличным от нуля краевым углом смачивания и медленным установлением равновесного значения поверхностного натяжения, измеряют высоту капиллярного поднятия, расстояние между линией трехфазного периметра смачивания и вершиной мениска, определяют капиллярную постоянную на основании численного решения основного уравнения капиллярности и рассчитывают поверхностное натяжение. 1 ил.. 1 табл. Ч

i Ql калиброванном капилля е а иусом и определяют . величину H<, однозначно связанную с величиной а, определяемой из предварительно составленных таблиц, которая, в свою очередь связана с величиной поверхностного натяжения жидкости (о).

Недостатком этого способа является

его непригодность для определения nîâåð- в хностного натяжения жидкостей, характеризующихся краевым углом смачи в а ни я, величина которого существенно отлична от муля.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ onpepeae ss поверхностного натяжения жидкостей. осноеаммый на измерении вы со1753360 ты капиллярного поднятия и определении поверхностного натяжения с учетбм величины краевого угла смачивэния.

Способ заключается в том, что определяют величину капиллярного поднятия (Н1) в калиброванном капилляре радиусом Ro, рассчитывают величину Oйо/Й1, а затем при заранее известной величине краевого угла смачивания по предварительно составленным таблицам определя1от значение величины а, однозначно связанной с поверхностным натяжением соотношением бу ф где d = d — dr =с)ж, Ож ПЛОТНОСТЬ ЖИДКОСТИ;

dr — плотность газа;

g — ускорение свободного падения.

Для реализации способа необходимо знать величину краевого угла смачивания стенок капилля ра исследуемой- -жйдкости.

Эта величина не может быть измерена непосредствейно на стенке капилляра вследствие оптических эффектов. обуслбвленных кривизной его поверхности, и релаксации краевого угла смачивания.

Цель изобретения: — повышение точности, достьверности и экспрессности определения поверхностного натяжения жидкостей, характеризующихся отличным от нуля краевым углом смачивания и медленным установлением равновесного значения поверхностного натяжения.

На чертеже приведена сьема процесса капиллярного поднятия жидкости в цилиндрической капиллярной трубке радиуса Ro, опущенной в заполненный исследуемой жидкостью сосуд, радиусом значительно большим. чем Ro.

Обозначения, принятые на чертеже:

Н1 — высота капиллярного поднятия (превышение вершины мениска над плоской поверхностью жидкости в сосуде);

Нг — расстояние между линией трехфазного периметра смэчивэния и вершиной мениска;

Z и r — цилиндрические координаты;

А, В, С вЂ” реперные точки. соответствующие отметкам линии трехфазного пери метра основания, вершины мениска и уровня плоской, поверхности жидкости-в сосуде COOTBGTCfGGHHO;

Π— краевой угол"смачивэния;

Способ определения поверхностного натяжения жидкостей заключается в измерении высоты капиллярного поднятия Н1u расстояния между линией трехфазного периметра смачивания и вершиной менискэ

Нг, определении капиллярной постоянной а на основании численного решения основ- ного уравнения кэпиллярности (1+,)+ (X(1+,) с граничными условиями

y(p) = Y1; (2)

Yx(P) = 0; (3)

У(1) = Y 4 Уг; (4)

r . Z

10 где Х= —;;т = —;

Ro о

Н1. Нг, Y>= —; Y2= —, Ro Ro

dY

Ух =- —.—: дХ

15 d2У d

Yxx=; а = — -C: ,,Хг

r и 2 .—;, цилиндрические координаты межфазной поверхности;

2p Ro — радиус капилляра;

d = dx — dr бж (de — плотнОСть жиДкОсти, d, — riéîòíîcòü газа);

g -"ускорейие свободного падения, in rihcледующем расче re поверхностного на25 тяжения п0 фоРмуле

Rо;" - ::;:., - (5) Су*шность способа, в отличие от известного"т ех и иче с кого решения, в котором учет

30 влиянйя краевого угла смачивэния на высоту капиллягрйогоподйятия основан на его измерении - -в""н езэвисимом эксперименте, состоит в том, что Йзмерение дополнительного парэмерра Нг наряду с традиционно

35 измеряемой величиной Н1 дает возможность прямого численного расчета величины капиллярной постоянной а, однозначно г связанной с величиной поверхностного натяжения жидкости а

40 В основу такого расчета положена физическая взаимосвязь между параметрами, характеризующими процесс капиллярного поднятия, приведенными на чертеже.

Известно, что высота капиллярного под45 нятия H) определяется разностью гидростатических давлений над плоской поверхностью жидкости в сосуде 2 и над искрйвленной поверхностью жидкости в капилляре 1. Б точке, соответствующей вер50 шийе""менискв, ук азанная разность давлений ЛР =. dgH> согласно уравнению

Лапласа"связана с поверхностным натяжением жидкости гт и радиусом кривизны поверхности жидкости в вершине мениска R

55 соотношением

2гт

h,P =- -.

Величина R (не указана), недоступная для прямого экспер11ментэльно о определе1753368 ния, в свою очередь зависит от величины поверхностного натяжения. стремящегося придать мениску форму сферической поверхности, и от величины гидростатического давления столбика жидкости высотой Н2, приводящего к сплющиванию мениска и зависящего от величины краевого угла смачивания О и плотности жидкости.

Таким образом, величина Н2, которая может быть определена непосредственно в процессе наблюдения капиллярного поднятия, отражает влияние на высоту капилляр- ного поднятия краевого угла смачивания.

Расчет искомой величины поверхностного натяжения по экспериментально определяемым параметрам Н1 и Н2 осуществляется на основании численного решения основного уравнения капиллярности (1) с граничными условиями (2) — (4) и формулы (5).

Пример. 50 мл бидистиллированной воды заливают в сосуд 2. Стеклянную цилиндрическую капиллярную трубку радиусом Ro - (0,1090+ 0,0005) см закрепляют в специальном держателе и опускают в исследуемый раствор. Сосуд с капилляром термостатируют г1ри 25 С 40 мин. После установления равновесной величины капиллярного поднятия, что контролируется с помощью катетометра путем периодического, с дискретностью 10 мин наблюдения за положением вершины мениска, начинают процесс измерения. При этом снимают показания катетометра на трех уровнях: соответствующем линии трехфазного периметра смачивания Ni (отметка А на чертеже); в вершине мениска N2 (отметка В) и на плоской границе жидкости в сосуде Мз (отметка С), На основании измеренных значений N1, N2 и Из рассчитывают значения величин капиллярного поднятия H1 = М2 — Йз, расстояния между линией трехфазного периметра

Смачивания и вершиной мениска W2 = N1—

N2 и безразмерные параметры 71 = Н1/Ro, Y2 = Н2/Во, после чего путем численного решения дифференциального уравнения (1) с граничными условиями (2)-(4) методом последовательных приближений определяют капиллярную постоянную а и по соотноше2 нию

0= CI R2

Cl д2 рассчитывают поверхностное натяжение.

Данные семи последовательных серий измерений и расчетов представленЬ1 в таблице, Как видно иэ таблицы, (г - (71,61 + 0,02 дин/см; = 0.03 ., Ло

Величина поверхностного на1яжения простой воды, определяемая при тех ж(. ус ловиях по известному способу. составляет (71,85 + 0,5) дин/сй; ":-::

Таким образом, в дан(ггомслучае обоимй" методами определяются (в пределах погрешности эксперимента) согласующиеся друг с другом и с общепринятым для воды (71,96 дин/см) значения поверхностного натяжения, Особым и еим еством и е ложенно10 р ущ.,р д го-способа является достов(ерность опреде- -

"ления поверхностного натяжения укаэанного класса "жидкоСтей. Это:обусловлено тем, что- все иэмвряем(ые:величины определя ются в одном и том же эксперименте, .. (20 т.е. в идентичных экспериментальнгx у повиях. При этом непосреДСтвеййо в(процессе измерений путем наблюдения (за положением вершины мениска в поле зрения катетометра осуществляется контроль

25 за всеми релаксационными процессами в системе, в том числе и за изменениями во времени краевого угла смачивания стенок капилляра исследуемой жидкостью, что в принципе невозможно при использовании известного способа

Формула изобретения . Способ определения поверхностного натяжения жйдкостей, включающий измерение высоты капиллярного поднятия Н1 жидкости s калиброванном капилляре ради35 усом Ro и определение капиллярной постоянной. отличающийся тем, что. с целью повышения точности, достоверности и зкспрессности определения поверхностного

40 натяжения жидкостей, характеризующихся отличным от нуля краевым углом смачивания и медленным установлением равновесного значения Поверхностного натяжения, до(п(ол(ните(льн0 измеряют расстояние Н2 между линией трехфазного периметра смачивания и вершиной мениска. капиллярную постоянную а определяют на основании численного решения основного уравнения капилля рности (2, Yxx + Yxx (((+(((tX(+а с граничными условиями

Y(0) == Y1;

Yx(0) = 0;

Y(1) = Y1+ У2;

r, «2.

L где X= —; Y- =—;

Ro. Ro

Н1, Н2.

Y1- —; Y2- =—, Ro o (.

55

1753368 г и Š— цилиндрические координаты межфазной поверхности; о — радиус капилляра, 10

Составитель С,Зуев

Техред М.Моргентал

Редактор В.Данко ю

Корректор H.Êåøåëÿ

Заказ 2763 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-иэдательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

-dY, Ух- Мx ув ()

Yxx- —:

dx рассчитывают поверхностное натяжение по формуле о= R .. у где d = дж — бг = бж:

dw — плотность жидкости:

dr — flhoTHocTb гаэа;

g — ускорение свободного падения.