ЗАдание № 5

даны константы уравнения Шишковского для водного раствора вещества А при 273 К: а и b. При какой концентрации вещества А поверхностное натяжение раствора будет составлять  мДж/м², если поверхностное натяжение воды ₀ мДж/м²?

Таблица 5

Вариант	Вещество А	Константы уравнения Шишковского		, мДж/м2	0, мДж/м2
		a.103	b
1	Валериановая кислота	14,72	10,4	52,1	75,49
2	Валериановая кислота	17,7	19,72	62,8	75,49
3	Валериановая кислоты	14,72	10,4	75,00	75,49
4	Масляная кислота	12,6	21,5	75,40	75,49
5	Пропионовая кислота	12,5	7,73	75,30	75,49
6	Пропионовая кислота	12,8	7,16	75,00	75,49
7	Пропиловый спирт	14,4	6,6	70,00	72,53
8	Масляная кислота	12,6	21,5	73,40	75,49
9	Пропиловый спирт	14,4	6,6	71,00	72,53
10	Пропионовая кислота	12,8	7,16	74,00	75,49

Указания к выполнению заданий № 3-5

См. [1, стр. 114-116; 124-129]; [2, стр. 12; 25-30]; [3, стр. 7-17; 32-33]; [4, стр. 31; 36; 58]; [5, стр. 132; 137-138].

Поверхностный, межфазный слой представляет собой область постепенного (плавного) изменения свойств при переходе от одной фазы системы к другой. Также постепенно меняется структура поверхностного слоя  от структуры одной фазы до структуры другой фазы. Образование поверхностного слоя есть результат взаимодействия смежных фаз. Изменение свойств и структуры поверхностного слоя обусловлены действием поверхностной энергии.

При постоянных температуре и давлении поверхностная энергия Гиббса определяется произведением поверхностного натяжения (фактор интенсивности)  на площадь поверхности (фактор емкости) s:

G_S =  ^. S (1)

Площадь поверхности зависит от ее кривизны и дисперсности фаз. Дисперсность линейно связана с удельной поверхностью (см. пояснения к заданиям № 1 и 2).

Для определения полной поверхностной энергии необходимо знать поверхностное натяжение и его температурный коэффициент.

Поверхностное натяжение ()  термодинамическая характеристика поверхности контакта фаз; определяется как работа обратимого изотермического процесса образования единицы площади поверхности раздела фаз; тождественно равно силе, действующей на единицу длины контура поверхности и стремящейся сократить площадь этой поверхности до минимума при данном соотношении объемов фаз.

Наиболее доступными для экспериментального измерения поверхностного натяжения являются системы жидкостьгаз и жидкостьжидкость. Существующие методы дают возможность измерять  при неподвижной поверхности (статические) и движущейся поверхности (динамические). Недостатком динамических методов является сложность их аппаратурного оформления. Кроме того, для надежного измерения поверхностного натяжения растворов, и, в частности, растворов ПАВ (поверхностно-активных веществ), необходимо их выдерживать определенное время для установки равновесия в поверхностном слое.

На практике наиболее часто используют статистические или полустатистические методы, позволяющие измерять равновесные значения поверхностного натяжения жидкостей. К статистическим относятся методы капиллярного поднятия жидкости и висячей (лежащей) капли. Полустатистическими являются методы максимального давления в капле (пузырьке), отрыва кольца или пластины и сталагмометрический метод.

Поверхностное натяжение жидкости пропорционально силе F, прикладываемой в момент отрыва кольца:

_ж-г = k ^. F,

где k  коэффициент, который находят по данным измерения силы отрыва кольца для стандартной жидкости с известным поверхностным натяжением;

F  максимальное усилие, которое обычно измеряют с помощью прибора  чувствительных торзионных весов.

В основе метода капиллярного поднятия жидкости лежит зависимость высоты поднятия жидкости h в узком капилляре от ее поверхностного натяжения. В соответствии с уравнением Лапласа избыточное давление связано с высотой h жидкости в капилляре соотношениями:

P = 2/r_м (2)

P = gh (3)

где r_м  радиус кривизны мениска жидкости в капилляре;

  разность плотностей жидкости и газовой фазы;

g  ускорение свободного падения (g = 9,81 м/с²).