Методы измерения поверхностного натяжения

Все методы измерения поверхностного натяжения могут быть разделены на три основные группы: статические (методы капиллярного поднятия и лежачей или висящей капли), полустатические (методы максимального давления в пузырьке газа, отрыва кольца, пластинки Вильгельми, взвешивания или счета капель) и динамические (методы капиллярных волн, колеблющихся струй).

Наиболее точные результаты дают статические методы, которые основаны на изучении неподвижных менисков жидкости или профиля капель и пузырьков. В этих случаях поверхность жидкости находится в равновесии с ее объемом и не изменяется в ходе измерений. Динамические методы применяют, когда предполагается быстрое установление равновесия между поверхностным слоем и объемом жидкости.

Для измерения поверхностного натяжения индивидуальных жидкостей пригодны любые методы. У растворов же результаты измерений о разными методами могут сильно различаться из-за медленного установления равновесного распределения растворенных веществ между только что образованной поверхностью и объемом раствора.

Таким образом, для правильного выбора метода исследования необходимо учитывать кинетику установления равновесных значений поверхностного натяжения. Например, диффузия молекул ПАВ к поверхности раздела фаз происходит довольно медленно, за короткое время замера не успевает установиться их равновесная поверхностная концентрация, при этом молекулы не успевают должным образом ориентироваться в поверхностном слое. Поэтому для измерений о в этом случае следует использовать статические или полустатическими методы, но не динамические.

Рассмотрим некоторые наиболее распространенные статические и полустатические методы определения поверхностного натяжения.

Метод капиллярного поднятия.

Разность давлений, возникающая по обе стороны от поверхности жидкости при ее искривлении, называется капиллярным давлением (см. параграф 2.2). Если капилляр опустить в жидкость, то за счет смачивания или несмачивания стенок капилляра образуется мениск, т. е. искривление поверхности жидкости, и возникает капиллярное давление. Под его влиянием граница жидкости перемещается до тех пор, пока не установится равновесие между гидростатическим давлением и капиллярным. При этом смачивающая жидкость поднимается, а несмачивающая опускается.

Измерения а проводят в приборе, схематически изображенном на рис. 1.6. Исследуемую жидкость заливают в широкую трубку (см. схему прибора), далее с помощью катетометра измеряют высоту капиллярного поднятия h. Она зависит от поверхностного натяжения жидкости:

где g — ускорение свободного падения; r_k — радиус капилляра; р₁₅ р₂ — плотности жидкости и пара соответственно.