Дополнительный материал к главе 2. 4

А. ЛАБОРАТОРНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ СЧЕТА КАПЕЛЬ

Поверхностно - активные вещества концентрируются на границе раздела фаз неравномерно: в первый период интенсивнее, а затем медленнее, на границе раздела нефть-вода главным образом в течение первой минуты. Таким образом, для измерения s в условиях, близких к статистическим, продолжительность образования капли до ее отрыва должна составлять не меньше 1 минуты. В соответствии с определением, поверхностным натяжением называется работа, которую необходимо затратить для образования единицы новой поверхности раздела фаз в изотермическом процессе при постоянном внешнем давлении и при постоянстве химических потенциалов:

[Дж] (1)

Здесь dS – площадь поверхности; - коэффициент поверхностного натяжения.

Схематично процесс отрыва капли воды, истекающей из отверстия в пространство, заполненное нефтью, изображен на рис.1.

F_A

H₂ O

F_T

F_Z

нефть

Рис. 1. Схематичное изображение метода определения поверхностного натяжения капли воды в нефти

Физическая основа метода:

В момент отрыва капли от капилляра на нее действует сила:

F_Z+F_T=F_A (2.)

Здесь F_Z – проекция сил поверхностного натяжения капли на ось Y; F_A - сила Архимеда; F_T - силы тяжести.

Тогда

F_Z=F_A-F_T (3)

Из уравнения (1)

F_Z= a*s (4)

Cила Архимеда есть

F_A=r_В*g*V (5)

где r_В - плотность воды; g – ускорение свободного падения;

V - объем одной капли.

Сила тяжести

F_Т=r_К*g*V (6)

где r_К – плотность капли.

Используя уравнения (3)-(6), запишем:

a*s=V*(r_В-r_К) *g (7)

Тогда

(2.4.8)

Полученная формула лежит в основе определения коэффициента поверхностного натяжения с помощью специального прибора – сталагмометра (рис. 2).

В капилляр и датчик набирают жидкость (например нефть и нефтепродукт), другая жидкость (обычно вода) наливается в небольшой стакан. Капилляр опускают в воду и датчиком выдавливают несколько капель. По делениям микрометрического винта определяют объем выделившейся жидкости U вытекшей жидкости. Значение объема подставим в уравнение (8), тогда:

, (9.)

где n - количество выделившихся капель.

Рис. 2. Сталагмометр для определения коэффициента поверхностного натяжения 1. Микрометр – датчик 2. Пружина 3. Поршень 4. Шприц 5. Слой нефти 6. Капля нефти 7. Прозрачная емкость 8. Вода 9. Капилляр 10. Игла 11. Стойка штатива 12.Винт 13. Втулка 14. Скоба

Дата добавления: 2014-12-16