Лабораторная работа 9.1. Определение

Поверхностного натяжения

Цель работы: определение поверхностного натяжения растворов сталагмометрическим методом.

Реактивы: водные растворы NaCl, олеат натрия С₁₈Н₃₃О₂Na, этилового С₂Н₅ОН и амилового С₅Н₁₁ОН спиртов, сахарозы С₁₂Н₂₂О₁₁ (или глюкозы С₆Н₁₂О₆) концентрации 2 моль/л.

Оборудование: сталагмометр, резиновая груша, мерный цилиндр вместимостью 20 мл, химические стаканы или колбы вместимостью 100-150 мл – 6 шт., штатив с держателем, фильтровальная бумага.

Методика работы

Известно большое число методов определения поверхностного натяжения жидкостей на границе жидкость – воздух. Метод счета капель (сталагмометрический) является наиболее простым и достаточно точным методом. Установка для измерения поверхностного натяжения сталагмометрическим методом (рис. 9.2). Сталагмометр представляет собой прямую или изогнутую стеклянную трубку, имеющую в средней части расширение (резервуар) 2, ниже и выше которого нанесены метки 1 и 3. Эти метки обозначают объем вытекающей жидкости. Нижний конец трубки является толстостенным капилляром, оканчивающимся широкой горизонтальной хорошопришлифованной поверхностью для получения одинаковых капель. К верхнему концу трубки присоединяют резиновый шланг с грушей 5 и зажимом 4. С помощью зажима регулируют скорость образования и отрыва капли жидкости. Сталагмометр укрепляют на штативе строго горизонтально.

Сталагмометрический метод (греч. stalagma – капля) основан на зависимости между числом капель, получаемых из данного объема жидкости (при свободном ее падении в виде капель) и поверхностным натяжением. Чем меньше поверхностное натяжение истекающей из сталагмометра жидкости, тем меньший объем имеет капля, тем, следовательно, больше будет число капель n. Обычно придерживаются скорости истечения, обеспечивающей образование 1-3 капель в минуту. При правильно выбранном времени образования капель сталагмометрический метод дает точные значения поверхностного натяжения растворов ПАВ.

Поверхностное натяжение исследуемой жидкости вычисляют по формуле

, (9.10)

где s₀ и s_х – поверхностное натяжение соответственно воды и исследуемой жидкости; n₀ и n_x, r₀ и r_х – число капель и плотности воды и исследуемой жидкости; K – постоянная сталагмометра; K = .

Для разбавленных растворов, плотность которых практически равна плотности чистого растворителя, поверхностное натяжение вычисляют по формуле

. (9.11)

Для выполнения работы тщательно вымытый и высушенный сталагмометр вставляют в штатив (рис. 9.2). На верхний конец сталагмометра надевают резиновый шланг с грушей 5 и зажимом 4. Опускают нижний конец сталагмометра в стакан с исследуемым раствором. С помощью груши набирают жидкость выше верхней метки, избегая образования пузырьков воздуха. Закрывают винтовой зажим 4. Поднимают сталагмометр над жидкостью и устанавливают его в штативе в строго вертикальном положении. Затем осторожно открывают зажим и жидкость по каплям начинает вытекать из капилляра сталагмометра. Капля должна отрываться примерно через 10 с. Когда уровень жидкости совпадает с верхней меткой 3, начинают счет капель. При совпадении уровня жидкости с нижней меткой 1 счет капель заканчивают. Определения повторяют три раза и вычисляют среднее арифметическое число капель.

Сначала опыт проводят с дистиллированной водой, для которой известно поверхностное натяжение s₀ (прил. 8). Подставив подсчитанное число капель для воды в формулу

,

находят постоянную сталагмометра. Точно так же подсчи-тывают число капель исследуемых растворов. Поверхностное натяжение растворов вычисляют по формуле (9.11).

Результаты измерений и расчетов заносят в табл. 9.1.

Таблица 9.1

Результаты эксперимента и расчета

Исследуемый раствор	При числе капель	Поверхностное натяжение s, Дж/м2
			ср.	расчетное	теоретическое
Вода
NaCl
Олеат натрия
Этиловый спирт
Амиловый спирт
Глюкоза
Сахароза

На основании результатов измерений и расчетов подразделить исследуемые растворы на поверхностно-активные, поверхностно-неактивные и поверхностно-инактивные.

Сделать вывод о поверхностном натяжении различных жидкостей.