Ответы на вопросы

1. Что такое поверхностное натяжение и в каких единицах оно измеряется? Каковы причины его возникновения?

Поверхностное натяжение — термодинамическая характеристика поверх-ности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объём системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.

Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический). Энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры. Силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости.

Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. Коэффициент пропорциональности  — сила, приходящаяся на единицу длины контура — называется коэффициентом поверхностного натяжения. Он измеряется в ньютонах на метр. Но более правильно дать определение поверхностному натяжению, как энергии (Дж) на разрыв единицы поверхности (м²). В этом случае появляется ясный физический смысл понятия поверхностного натяжения.

Измеряется в Дж/м2.

2. Как зависит поверхностное натяжение от природы вещества образующего поверхность?

Поверхностное натяжение зависит от природы жидкости, т.е. от сил притяжения между молекулами данной жидкости и от температуры (с увеличением температуры поверхностное натяжение уменьшается).

3. Как и почему зависит поверхностное натяжение от температуры? Что называется критической температурой кипения?

С увеличением температуры величина поверхностного натяжения уменьшается и равна нулю при критической температуре. Наиболее известная эмпирическая зависимость поверхностного натяжения от температуры была предложена Лорандом Этвёшом, так называемое правило Этвёша(англ. Eötvös rule). В настоящее время получен вывод теоретической зависимости поверхностного натяжения от температуры в области до критических температур, подтверждающей правило Этвёша

4. Какие методы используются для определения поверхностного натяжения жидкостей и твердых тел? На чем основано измерение поверхностного натяжения жидкостей методом наибольшего давления пузырька воздуха?

Способы определения поверхностного натяжения делятся на статические и динамические. В статических методах поверхностное натяжение определяется у сформировавшейся поверхности, находящейся в равновесии. Динамические методы связаны с разрушением поверхностного слоя. В случае измерения поверхностного натяжения растворов (особенно полимеров или ПАВ) следует пользоваться статическими методами. В ряде случаев равновесие на поверхности может наступать в течение нескольких часов (например, в случае концентрированных растворов полимеров с высокой вязкостью). Динамические методы могут быть применены для определения равновесного поверхностного натяжения и динамического поверхностного натяжения. Например, для раствора мыла после перемешивания поверхностное натяжение 58 мДж/м², а после отстаивания — 35 мДж/м² . То есть поверхностное натяжение меняется. До установления равновесного оно будет динамическое.

Статические методы:

1. Метод поднятия в капилляре

2. Метод Вильгельми

3. Метод лежачей капли

4. Метод определения по форме висячей капли.

5. Метод вращающейся капли

Динамические методы:

1. Метод дю Нуи (метод отрыва кольца).

2. Сталагмометрический, или метод счета капель.

3. Метод максимального давления пузырька.

4. Метод осциллирующей струи

5. Метод стоячих волн

6. Метод бегущих волн

5. Что называется адсорбцией и как её количественно характеризуют? Напишите фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса и дайте определение избыточной адсорбции (Г).

Адсорбция — увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности раздела двух фаз (твердая фаза-жидкость, конденсированная фаза - газ) вследствие нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия на разделе фаз. Адсорбция является частным случаем сорбции, процесс, обратный адсорбции – десорбция^.

Физическая адсорбция является самопроизвольным процессом, идущим с уменьшением свободной поверхностной энергии и описывается уравнением Гиббса: Г_i = — (dσ/dμ_i)_т, где Г_i — избыток компонента i в поверхностном слое по сравнению с его равновесной концентрацией в объемной фазе; σ — поверхностное натяжение; μ_i — химический потенциал i-го компонента; Т — температура. Физическая адсорбция из растворов может быть положительной (при которой поглощается растворенное вещество) или отрицательной (поглощается растворитель). Положительно адсорбирующиеся вещества, вызывающие понижение поверхностного натяжения, называются поверхностно-активными (ПАВ), а отрицательно — поверхностно-инактивными (ПИВ).

Величина избыточной адсорбции Гиббса рассчитывалась по формуле:

Г= [(с-с_р)V]/m

где Г – избыточная адсорбция Гиббса, ммоль/г; с – исходная концентрация диметиламина, ммоль/дм³; с_р – равновесная концентрация диметиламина, ммоль/дм³; V – объем исследуемого раствора, дм³; m – масса навески адсорбента , г.