Исследование изотерм динамического поверхностного натяжения водных растворов алкилсульфатов натрия
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
В±ходимости принимать во внимание мертвое время.
Обычно при измерении поверхностного натяжения методом максимального давления в пузырьке необходимо учитывать гидростатическое давление столба жидкости над пузырьком. В данной работе для измерения динамического поверхностного натяжения использовался прибор, предложенный П.П. Пугачевичем и позволяющий учитывать гидростатическое давление. Его схема приведена на рис. 6.
Рассмотрим принцип работы газового прибора Пугачевича. Пусть исследуемая жидкость смачивает стенки капилляра и в начальный момент давление во всех его частях одинаково и равно Р, рис. 6а. Манометрическая трубка 1 имеет настолько большой диаметр, что капиллярным поднятием в ней можно пренебречь. Уровни жидкости в трубках 2 и 4 и в резервуаре 3 будут находиться на высотах h1, h2, h3 соответственно (благодаря капиллярному поднятию). С ростом давления в трубках 1, 2 и 4 уровни жидкости в них начнут опускаться, а в резервуаре 3 - подниматься. На рис.6 б указаны уровни жидкости в приборе при достижении в газовом пузырьке максимального давления Pmax. Здесь: h2 - высота, обусловленная капиллярным поднятием в резервуаре 3; h4 - высота, связанная с вытеснением жидкости формирующимся пузырьком; (h5+h6) - высота, на которой находился бы уровень жидкости в резервуаре 3, если бы он имел конечно большой диаметр.
Таким образом, для трубки 1 можно записать:
Рис.6а Рис.6б
Рис. 6 Принципиальная схема газового прибора Пугачевича.
, (32)
где g - ускорение свободного падения; ? - плотность жидкости; - член, учитывающий капиллярное поднятие в резервуаре 3.
Для манометрической трубки 2:
, (33)
где Рk - член, связанный с капиллярным поднятием в трубке 2.
Для максимального давления в газовом пузырьке можно записать:
, (34)
где Р? - капиллярное давление в трубке 4.
При сравнении уравнений (32) и (33) получается выражение для трубки 1:
, (35)
а для узкой манометрической трубки 2 из уравнений (33) и (34) имеем:
(36)
Таким образом, применение узких манометрических трубок вызывает необходимость учитывать капиллярное поднятие в них, поэтому удобнее применять широкие манометрические трубки и для расчета поверхностного натяжения пользоваться уравнением (35). Для узких капиллярных трубок справедливо следующе6е соотношение:
(37)
Тогда из уравнения (35) можно найти поверхностное натяжение жидкости по уравнению:
(38)
В данной работе для вычисления поверхностного натяжения используется приближение Кантора, согласно которому:
(39)
Отсюда видно, что при применении прибора Пугачевича не требуется учитывать глубину погружения капилляра в жидкость, изменение уровня жидкости в резервуаре (в который погружен капилляр), обусловленное формированием пузырька и капиллярным поднятием в этом резервуаре. Для измерения поверхностного натяжения с помощью прибора Пугачевича достаточно измерить h5, т.е. расстояние от торца капилляра до уровня жидкости в манометрической трубке в момент отрыва пузырька. Кроме простоты измерений, такой прибор дает возможность работать в сложных экспериментальных условиях - при любой температуре, давлениях, в атмосфере инертных газов. Прибор Пугачевича, использованный в данной работе, изображен на рис. 7.
В данной работе динамическое поверхностное натяжение измерялось с помощью установки, изображенной на рис. 8. С целью уменьшения влияния посторонних вибраций на рабочую часть установки - газовый прибор ГАЗП-1КТ конструкции П.П. Пугачевича - в капитальную стену 1 были вмонтированы два металлических уголка 2, на которых помещалась противовибрационная подвеска, состоящая из резинового буфера (использовались теннисные шары) 3, и свободно лежащей на ней массивной плиты 4. К плите в режиме свободной подвески на металлическом стержне 5 крепилась дюралюминиевая рамка 6, к которой был присоединен газовый прибор Пугачевича 7. Прибор помещался в термостатированный объем 8, изготовленный из органического стекла. Контроль температуры осуществлялся двумя термометрами 11. В качестве газа, создающего нужное давление для формирования пузырька, использовался гелий, который не растворяется и не адсорбируется на поверхности водного раствора, что особенно существенно при повышении давления. Газ поступает из баллона 13 под давлением 40 кгс/см2. Давление на выходе из баллона контролируется манометром 18. С помощью газового редуктора 14 и контролируемого манометра 19, а также более точных редуктора 15 и манометра 20, регулирующих подачу газа на вход газовой магистрали 16, гелий поступает в прибор, откуда после отрыва пузырька, через отверстие 17 выходит в атмосферу. Для отсчета высоты торца капилляра и уровня жидкости в манометрической трубке в момент отрыва пузырька использовался катетометр (КМ - 8) 22, позволяющий отсчитывать расстояние с точностью до 0,02 мм. Для получения четкого изображения, прибор Пугачевича подсвечивался через прозрачную переднюю панель с помощью лампы 21. адсорбция поверхностное натяжение изотерма
В процессе освоения установки была выработана следующая методика измерения поверхностного натяжения жидкостей. Прибор ГАЗП-1КТ, заполненный исследуемым раствором при помощи специальной подвески помещался в изолированную камеру. Затем осуществлялось термостатирование всей установки (по методике необходимо 2 часа). Поверхностное натяжение исследуемой жидкости определялось при атмосферном давлен