STUDIUL TENSIUNII SUPERFICIALE PRIN METODA STALAGMOMETRULUI

Scopul lucrarii

Scopul lucrarii este acela de a determina coeficientul de tensiune superficiala a unor lichide folosind doua metode: metoda stalagmometrica si metoda volumelor egale.

2. Consideratii teoretice

Coeficientul de tensiune superficiala reprezinta, numeric, forta de tensiune superficiala exercitata pe unitatea de lungime a conturului suprafetei libere a lichidului. Se noteaza cu σ si se masoara in N/m:

Coeficientul de tensiune superficiala al unei solutii depinde de:

natura solventului

concentratia solvitului

temperatura

Metoda stalagmometrica de determinare a tensiunii superficiale face parte dintre metodele bazate pe compararea fortelor superficiale cu fortele gravitationale. Ea analizeaza cantitativ curgerea unui lichid printr-un vas capilar sub forma de picaturi.

Marimea picaturilor formate la capatul capilarului depinde de tensiunea superficiala a lichidului. In momentul ruperii, greutatea picaturii de lichid, notata G₀, este egala cu forta de tensiune superficiala pe conturul liber de contact dintre picatura si tub, F. Fie R raza interioara a capilarului si σ tensiunea superficiala a lichidului. Forta sustine picatura pana la desprinderea acesteia, este egala cu:

In momentul desprinderii:

Deoarece cantarirea unei singure picaturi este afectata de erori mari de masura, se lasa sa picure din capilar un numar picaturi,n , care se cantaresc. Fie G greutatea acestora; atunci greutatea unei picaturi este:

unde am notat cu m masa a n picaturi, exprimata in kg si cu g, acceleratia gravitationala.

Astfel, formula (3) devine:

Formula (5) permite determinarea lui σ atunci cand se cunosc R, m si n.

Studiile lui W. Harkins au aratat ca aceasta formula simpla este afectata de erori mari, datorita faptului ca ruperea picaturii se face dupa circumferinta unei gatuiri cu raza mai mica decat cea a capilarului. El a introdus un factor de corectie empiric f(R/V^1/3) care, dupa cum arata forma sa, este functie de raportul dintre raza capilarului si radacina cubica a volumului picaturii, V. Dependenta factorului de corectie tine seama de faptul experimental ca picaturi asemenea geometric se rup in acelasi mod.

Valoarea coeficientului de tensiune superficiala, tinand cont de formula lui Harkins, este:

Volumul V al unei picaturi se determina simplu, cunoscand masa unei picaturi si densitatea  r a acesteia, cu formula:

V = m/ r (7)

raza R calculandu-se prin considerarea picaturii de forma sferica:

Valorile functiei f, asa cum au fost date de Harkins, sunt trecute in tabelul de mai jos:

Tabelul 1: Valorile functiei de corectie a lui Harkins

Metoda volumelor egale

Este o metoda prin care se determina coeficientul de tensiune superficiala a unui lichid (de exemplu, alcool) in functie de cel al apei. (s = 72.5 10^-3 N/m). Printr-un stalagmometru se lasa sa picure acelasi volum (de exemplu, V = 1ml) din lichidul de studiat si din lichidul de referinta (apa). Se noteza numarul de picaturi obtinute: Napa si N alcool. Punandu-se conditia de desprindere din stalagmometru F = G, se va obtine relatia:

si in mod analog, pentru lichidul analizat:

Impartind cele doua relatii, vom obtine:

3. Dispozitivul experimental

Stalagmometrul este format dintr-un mic balon de sticla, care este prevazut la partea inferioara cu un tub capilar. Orificiul de scurgere se termina cu o suprafata plana bine slefuita. La partea superioara balonasul se continua cu un tub de sticla terminat cu un tub de cauciuc. Pe tubul de cauciuc se afla o clema cu surub care regleaza in mod convenabil viteza de curgere a picaturilor. Aparatul se fixeaza in pozitie verticala pe un stativ.

4. Modul de lucru

Realizarea experimentului presupune parcurgerea urmatoarelor etape:

Aparatul se spala cu apa distilata si se fixeaza pe stativ.

Se cantareste micul cristalizator gol si bine uscat.

Se umple stalagmometrul cu apa distilata. Pentru aceasta, se introduce partea inferioara a lui intr-un pahar cu apa distilata si se aspira prin tubul de cauciuc. Se strange repede clema. Daca in timpul aspiratiei intra in aparat si bule de aer ce intrerup coloana, acesta trebuie golit si umplerea lui trebuie repetata.

Se pune cristalizatorul uscat sub capilar si desuruband foarte putin clema ce strange tubul de cauciuc se lasa sa cada in cristalizator un numar de 30 picaturi de apa distilata cu viteza cea mai mica posibila. Se afla prin cantarire masa celor 30 de picaturi de apa.

Se calculeaza cu formula (7) volumul unei picaturi considerand densitatea apei egala cu 0,998 g/cm³ . Se afla valoarea factorului de corectie f  folosind tabelul 1. Din formula (6) se determina tensiunea superficiala a apei in N/m. Se repeta determinarea de mai multe ori. Raza capilarului este trecuta pe aparat.

Indicatie experimentala:

Clatinarea aparatului ca si neverticalitatea sa sunt importante surse de erori ale metodei.

Pe baza formulei (6) se va estima eroarea relativa de masura; rezultatul se va prezenta sub forma stiintifica:

s (s d_s) N/m