Napięcie powierzchniowe cieczy

UR, Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego
Napięcie powierzchniowe cieczy
Siły istniejące między cząsteczkami w cieczy działają w kierunku zmniejszania powierzchni
odgraniczającej fazę ciekłą i gazową. Na powierzchni cieczy bowiem siły te są niewysycone, co
wyjaśnia w sposób uproszczony rys. 1. Przeniesienie cząsteczek z wnętrza cieczy wymaga wkładu
energii i stąd możemy mówić o energii powierzchniowej cieczy. Opisujemy ją za pomocą tzw. napięcia
powierzchniowego, które działa równolegle do powierzchni przeciwstawiające sie jej zwiększeniu.
Jednostką napięcia powierzchniowego jest J/m2 lub N/m.
Rys. 1. Oddziaływanie międzycząsteczkowe na powierzchni i w głębi cieczy
Zależność napięcia powierzchniowego od temperatury. Parachora.
Biorąc pod uwagę naturę powstawania napięcia powierzchniowego wydaje sie jasne, że
wielkość ta powinna silnie zależeć od temperatury. Jest to jak sie okazało, zależność przybliżeniu
=
liniowa:
−
tzn.
= − , a więc druga pochodna względem temperatury jest równa
=0
zeru,
Biorąc pod uwagę równanie Gibbsa-Helmholza i zakładając, że w układzie występuje tylko
praca napięcia powierzchniowego, tzn. d = d ( – powierzchnia), otrzymujemy
=
−
(1)
przy czym
oznacza właściwą energię powierzchniową (przypadającą na jednostkę powierzchni),
natomiast
odpowiada tu energii swobodnej jednostkowej powierzchni. Różniczkując obie strony
równania (1) względem temperatury otrzymujemy
1
Opracowała mgr inż. Joanna Kruk
UR, Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego
=−
a ponieważ druga pochodna względem
(2)
jest równa zeru, więc właściwa energia powierzchniowa nie
zależy od temperatury.
Napięcie powierzchniowe roztworów jest na ogół inne niż napięcie powierzchniowe czystego
rozpuszczalnika. Stwierdzono przy tym ogólnie, że substancja, której dodatek obniża napięcie
powierzchniowe, koncentruje się na powierzchni, zaś ta która podwyższa napięcie, zmniejsza swoje
stężenie przy powierzchni w stosunku do głębi roztworu. Samorzutna migracja cząsteczek substancji
rozpuszczonej (do czy od powierzchni) prowadzi zawsze do obniżenia napięcia powierzchniowego, co
jest równoważne obniżeniu entalpii swobodnej układu.
Pomiar napięcia powierzchniowego metodą tensometryczną
Celem ćwiczenia jest pomiar napięcia powierzchniowego wodnych roztworów białek
pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego z wykorzystaniem metody tensometrycznej.
Wykonanie ćwiczenia
W pierwszej kolejności należy sporządzić roztwory białek (wskazanych przez prowadzącego)
o stężeniu 0,1 / 0,2 / 0,3 / 0,4 / 0,5g na 100mL wody (odgazowana woda destylowana). Przygotowane
w ten sposób roztwory wytrząsać przez około 30 minut. Następnie wyznaczyć gęstość badanych
roztworów za pomocą wagi Mohra (metoda z kulką). Przed rozpoczęciem pomiarów napięcia
powierzchniowego odczytać temperaturę otoczenia. Pierwszy pomiar napięcia powierzchniowego
wykonać dla wody, jej gęstość odczytać z tablic fizykochemicznych, a następnie zweryfikować uzyskany
wynik z wielkościami tablicowymi.
Wykonanie sprawozdania
1. Opisać metody pomiaru napięcia powierzchniowego.
2. Przedstawić zależność napięcia powierzchniowego badanych cieczy od czasu.
3. Wnioski.
Literatura
1. Sobczyk, L., Kisza, A., Ganter,K., Koll, A. Eksperymentalna chemia fizyczna, PWN, Warszawa 1982.
2
Opracowała mgr inż. Joanna Kruk