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. m=2 R /g, где (1)
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:m=F2 R /g, где (2)
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 F
V/R3 F
V/R3 F 58,1 0,215 2,3414 0,2635 0,816 0,255 24,6 0,2256 2,0929 0,26452 0,771 0,2534 17,7 0,2305 1,8839 0,26522 0,729 0,2517 13,28 0,23522 1,7062 0,26562 0,692 0,2499 10,29 0,23976 1,5545 0,26566 0,658 0,2482 8,19 0,24398 1,4235 0,26544 0,626 0,2664 6,662 0,24786 1,3096 0,26495 0,597 0,2445 5,522 0,25135 1,2109 0,26407 0,57 0,243 4,653 0,25419 1,124 0,2632 0,541 0,243 3,975 0,25661 1,048 0,261 0,512 0,2441 3,433 0,25874 0,98 0,2602 0,483 0,246 2,995 0,26065 0,912 0,2585 0,455 0,2491 2,637 0,26224 0,865 0,257 0,428 0,2526
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:
R = mg/2 стF, где (3)
ст — поверхностное натяжение стандартного раствора.
Привычислениях поверхностного натяжения исследуемого раствора применяется тот жепринцип: радиус, измеренный микрометром, применяется только для вычисленияпоправки.
Список литературы
Дляподготовки данной работы были использованы материалы с сайта www.novedu.ru/