Исследование влияния поверхностно-активных веществ на поверхностное натяжение жидкости
Рассмотрение процессов, которые можно объяснить с помощью поверхностного натяжения и смачивания жидкостей. Практическое применение капиллярных явлений в технике и повседневной жизни. Объяснение поведения жидкости в капилляре поверхностным натяжением.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 26.04.2019 |
Размер файла | 128,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Исследование влияния поверхностно-активных веществ на поверхностное натяжение жидкости
Филимонов А.С., Кучер М.И., Френкель Е.Э.
Среди процессов, которые можно объяснить с помощью поверхностного натяжения и смачивания жидкостей, стоит особо выделить капиллярные явления. Капиллярные явления имеют большое практическое применение в технике и повседневной жизни. Действительно, нас окружает много тел, которые легко впитывают жидкость. Причина этому - их пористая структура, а результат - капиллярные явления. Капилляром называют узкую трубку, радиус которой много меньше её длины, в которой жидкость ведёт себя особым образом. Примеров таких сосудов, подобных капилляру, много в природе - это капилляры кровеносной системы организма человека, пористых тел, почвы, растений, продуктов питания и многое другое.
Капиллярным явлением называется подъём или опускание жидкостей по узким трубкам. Такие процессы наблюдаются в естественных каналахкапиллярах организма человека, растений и других тел, а также в специальных узких сосудах, изготовленных, например, из стекла. Поведение жидкости в капилляре объясняется поверхностным натяжением. Это явление наблюдается на поверхностях жидкостей и связано с тем, что молекулы на поверхности слабо взаимодействуют с паром жидкости, находящимся над её поверхностью, в то время как молекулы внутри объёма испытывают равные силы притяжения со стороны соседних молекул жидкости. Таким образом, эти силы компенсируют друг друга, и их равнодействующая равна нулю. Молекула же, находящаяся на поверхности, испытывает меньшее притяжение со стороны молекул пара и большее - снизу, со стороны объёма жидкости. В итоге равнодействующая сила не равна нулю и направлена вертикально вниз.
Данное явление объясняется при помощи сосредоточенной в поверхностном слое поверхностной энергии жидкости.
Поверхностной энергией называется избыточная потенциальная энергия, которой обладают молекулы поверхностного слоя жидкости по сравнению с их потенциальной энергией внутри остального объёма жидкости. поверхностный натяжение смачивание жидкость
Чтобы сократить свою потенциальную энергию (всякая система стремится к минимальной потенциальной энергии) жидкость стремится сократить количество молекул на поверхности - то есть сократить свою поверхность насколько возможно, сжаться.
Коэффициент поверхностного натяжения численно равен силе, действующей на единицу длины периметра смачивания и направленной перпендикулярно этому периметру:
Коэффициент поверхностного натяжения измеряется в Н/м.
Также коэффициент поверхностного натяжения может быть определён через работу, которую надо совершить, чтобы увеличить поверхность жидкости:
.
Эта работа идёт на увеличение свободной поверхности жидкости, и коэффициент поверхностного натяжения жидкости численно равен потенциальной энергии единицы поверхности плёнки жидкости:
Смачиванием называется явление искривления свободной поверхности жидкости у поверхности твёрдого тела вследствие взаимодействия молекул. Чтобы как-то количественно определить смачивание, вводится краевой угол.
Краевой угол - это угол, образованный касательными к поверхностям твёрдого тела и жидкости в месте их контакта. Жидкость при этом должна оказаться внутри угла. Если краевой угол острый - то жидкость называется смачивающей твёрдое тело, а если тупой - то несмачивающей. Если краевой угол равен нулю, то смачивание идеальное, угол, равный р, соответствует идеальному несмачиванию.
Различие углов связано с межмолекулярным взаимодействием молекул жидкости и твёрдого тела: если силы притяжения между молекулами жидкости и твёрдого тела больше, чем между молекулами жидкости друг к другу, то жидкость будет смачивающей. Если молекулы жидкости притягиваются друг к другу сильнее, чем притягиваются молекулы жидкости к молекулам твёрдого тела - то жидкость будет несмачивающей.
Рисунок 1 - Краевой угол
Из-за смачивания и несмачивания поверхность жидкости искривляется вблизи стенок сосуда, в котором находится жидкость. Если сам сосуд мал (его стенки близко друг к другу), то искривляется вся поверхность жидкости, принимая выпуклую (несмачивание) или вогнутую (смачивание) форму.
Рисунок 2 - Явления смачивания и несмачивания жидкостями поверхностей в капиллярах
Под действием силы поверхностного натяжения смачивающая жидкость в капиллярах находится выше уровня, на котором она должна находиться согласно закону сообщающихся сосудов. И наоборот, несмачивающая субстанция располагается ниже этого уровня.
Смачивание - явление, которое происходит на границе, где жидкость соприкасается с твёрдым телом (другой жидкостью, газами). Оно возникает по причине особого взаимодействия молекул на границе их контакта. Полное смачивание означает, что капля растекается по поверхности твёрдого тела, а несмачивание преобразует её в сферу. На практике чаще всего встречается та или иная степень смачивания, нежели крайние варианты.
Скорость капиллярного впитывания играет существенную роль в водоснабжении растений, движении жидкости в почвах и др. пористых телах. Капиллярная пропитка - один из распространённых процессов химических технологий. Искривление свободной поверхности жидкости под действием внешних сил, например, ветра, вибраций, вызывает появление и распространение капиллярных волн, так называемой «ряби» на поверхности жидкости. Самопроизвольное образование поверхностных волн - флуктуаций толщины тонких слоёв жидкости (струи, плёнки) - является причиной их неустойчивости по отношению к состоянию капель или капиллярного конденсата.
При добавлении в жидкость поверхностно-активных веществ (ПАВ) происходит уменьшение силы поверхностного натяжения и за счёт этого происходит уменьшение коэффициента поверхностного натяжения жидкости.
Вещества, при добавлении которых в систему происходит уменьшение поверхностного натяжения, называются поверхностно-активными веществами (ПАВ). Поверхностно-инактивными веществами являются неорганические соли, кислоты, основания. К ПАВ относятся спирты, жирные амины, соли карбоновых кислот, алкилсульфаты. Наряду с этими веществами заметное снижение поверхностного натяжения отмечается для таких жидкостей, как глицерин, машинное масло, вазелиновое масло, растительное масло, силиконовое масло, этанол, диэтиловый эфир, диметилфталат, диметилсульфоксид, циклогексан, керосин, скипидар, смесь этанола с водой, раствор мыла в воде, растворы синтетических моющих средств и др. Все они хорошо снижают коэффициент поверхностного натяжения и тем самым увеличивают смачивающие свойства жидкостей.
СПИСОК ИНФОРМАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Интернет-ресурс: http://www.findpatent.ru/patent/211/2114414.html.
2. Коллоидные поверхностно-активные вещества / пер. с англ.; под ред. А.Б. Таубмана, 3.H. Маркиной. - M., 1966.
3. Поверхностно-активные вещества. Свойства и применение. - 2 изд. - Л., 1981.
4. Поверхностно-активные вещества. Справочник / под ред. А.А. Абрамзона и Г.M. Паевого. - Л., 1979.
5. Сапходоева О.И., Френкель Е.Н. и др. Химия: учеб. пособие / под общ. ред. О.И. Сапходоевой. - Вольск, 2015. - 402 с. - С. 44-49.
6. Успехи коллоидной химии / под ред. И.В. Петрянова-Соколова и К.С. Ахмедова. - Ташкент, 1987.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Исследование зависимости поверхностного натяжения жидкости от температуры, природы граничащей среды и растворенных в жидкости примесей. Повышение давления газов над жидкими углеводородами и топливом. Расчет поверхностного натяжения системы "жидкость-пар".
реферат [17,6 K], добавлен 31.03.2015Сила поверхностного натяжения, это сила, обусловленная взаимным притяжением молекул жидкости, направленная по касательной к ее поверхности. Действие сил поверхностного натяжения. Метод проволочной рамки. Роль и проявления поверхностного натяжения в жизни.
реферат [572,8 K], добавлен 23.04.2009Свойства жидкостей и их поверхностное натяжение. Пример ближнего порядка молекул жидкости и дальнего порядка молекул кристаллического вещества. Явления смачивания и несмачивания. Краевой угол. Капиллярный эффект. Капиллярные явления в природе и технике.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 06.04.2012Сущность и характерные особенности поверхностного натяжения жидкости. Теоретическое обоснование различных методов измерения коэффициента поверхностного натяжения по методу отрыва капель. Описание устройства, принцип действия и назначение сталагмометра.
реферат [177,1 K], добавлен 06.03.2010Основное свойство жидкости: изменение формы под действием механического воздействия. Идеальные и реальные жидкости. Понятие ньютоновских жидкостей. Методика определения свойств жидкости. Образование свободной поверхности и поверхностное натяжение.
лабораторная работа [860,4 K], добавлен 07.12.2010Изучение явления поверхностного натяжения и методика его определения. Особенности определения коэффициента поверхностного натяжения с помощью торсионных весов. Расчет коэффициента поверхностного натяжения воды и влияние примесей на его показатель.
презентация [1,5 M], добавлен 01.04.2016Определение водородной связи. Поверхностное натяжение. Использование модели капли жидкости для описания ядра в ядерной физике. Процессы, происходящие в туче. Вода - квантовый объект. Датчик внутриглазного давления. Динамика идеальной несжимаемой жидкости.
презентация [299,5 K], добавлен 29.09.2013Силы и коэффициент внутреннего трения жидкости, использование формулы Ньютона. Описание динамики с помощью формулы Пуазейля. Уравнение Эйлера - одно из основных уравнений гидродинамики идеальной жидкости. Течение вязкой жидкости. Уравнение Навье-Стокса.
курсовая работа [531,8 K], добавлен 24.12.2013Уравнение неразрывности потока жидкости. Дифференциальные уравнения движения Эйлера для идеальной жидкости. Силы, возникающие при движении реальной жидкости. Уравнение Навье - Стокса. Использование уравнения Бернулли для идеальных и реальных жидкостей.
презентация [220,4 K], добавлен 28.09.2013Реальное течение капельных жидкостей и газов на удалении от омываемых твердых поверхностей. Уравнение движения идеальной жидкости. Уравнение Бернулли для несжимаемой жидкости. Истечение жидкости через отверстия. Геометрические характеристики карбюратора.
презентация [224,8 K], добавлен 14.10.2013Поле вектора скорости: определение. Теорема о неразрывности струн. Уравнение Бернулли. Стационарное течение несжимаемой идеальной жидкости. Полная энергия рассматриваемого объема жидкости. Истечение жидкости из отверстия.
реферат [1,8 M], добавлен 18.06.2007Сущность ньютоновской жидкости, ее относительная, удельная, приведённая и характеристическая вязкость. Движение жидкости по трубам. Уравнение, описывающее силы вязкости. Способность реальных жидкостей оказывать сопротивление собственному течению.
презентация [445,9 K], добавлен 25.11.2013Определение веса находящейся в баке жидкости. Расход жидкости, нагнетаемой гидравлическим насосом в бак. Вязкость жидкости, при которой начнется открытие клапана. Зависимость расхода жидкости и избыточного давления в начальном сечении трубы от напора.
контрольная работа [489,5 K], добавлен 01.12.2013Описание физических свойств пузырей в жидкости и физических явлений, в которых пузыри принимают участие. Модельный опыт по флотации. "Мягкий" и "твердый" пузырек в жидкости. Газовый пузырек у границы между жидкостями. Закономерности процесса кавитации.
реферат [3,7 M], добавлен 18.01.2011Реологические свойства жидкостей в микро- и макрообъемах. Законы гидродинамики. Стационарное движение жидкости между двумя бесконечными неподвижными пластинами и движение жидкости между двумя бесконечными пластинами, двигающимися относительно друг друга.
контрольная работа [131,6 K], добавлен 31.03.2008Конвекция как вид теплообмена, при котором тепло переносится самими струями газа или жидкости. Ее объяснение законом Архимеда и явлением теплового расширения тел. Механизм, виды и основные особенности конвекции. Примеры конвекции в природе и технике.
презентация [870,2 K], добавлен 01.11.2013Исследование распространения акустических возмущений в смесях жидкости с газовыми пузырьками с учетом нестационарных и неравновесных эффектов межфазного взаимодействия. Расчет зависимости фазовой скорости и коэффициента затухания в пузырьковой жидкости.
курсовая работа [433,2 K], добавлен 15.12.2014Теория движения жидкости. Закон сохранения вещества и постоянства. Уравнение Бернулли для потока идеальной и реальной жидкости. Применение уравнения Д. Бернулли для решения практических задач гидравлики. Измерение скорости потока и расхода жидкости.
контрольная работа [169,0 K], добавлен 01.06.2015Механика жидкостей, физическое обоснование их главных свойств и характеристик в различных условиях, принцип движения. Уравнение Бернулли. Механизм истечения жидкости из отверстий и насадков и методика определения коэффициентов скорости истечения.
реферат [175,5 K], добавлен 19.05.2014Постоянство потока массы, вязкость жидкости и закон трения. Изменение давления жидкости в зависимости от скорости. Сопротивление, испытываемое телом при движении в жидкой среде. Падение давления в вязкой жидкости. Эффект Магнуса: вращение тела.
реферат [37,9 K], добавлен 03.05.2011