Методы определения поверхностного натяжения на легкоподвижных границах фаз

Поверхностное натяжение жидкостей легко определить экспериментально. Методы измерения поверхностного натяжения на жидких (подвижных) поверхностях раздела подразделяют на три основные группы:

1) статические (методы капиллярного поднятия и лежачей или висячей капли);

2) полустатические (методы максимального давления пузырька, отрыва кольца, отрыва пластинки, взвешивания или счета капель);

3) динамические (методы капиллярных волн, колеблющихся струй).

Наиболее точные результаты дают статические методы, которые основаны на изучении неподвижных менисков жидкости или профиля капель и пузырьков. В этих случаях поверхность жидкости находится в равновесии с ее объемом и не изменяется в ходе измерений. Динамические методы применяют, когда предполагается быстрое установление равновесия между поверхностным слоем и объемом жидкости. В противном случае (при медленном наступлении равновесия) полученные значения s не будут строго равновесными.

Для измерения поверхностного натяжения индивидуальных жидкостей пригодны все методы, поскольку между результатами, полученными статическими и динамическими способами, нет заметной разницы. У растворов же результаты измерений σ разными методами могут сильно отличаться из-за медленного установления равновесного распределения растворенных веществ между свежеобразованной поверхностью и объемом раствора. Это в особенности относится к растворам мицеллообразующих и высокомолекулярных ПАВ (белковые вещества, сапонины, высшие гомологи мыл). Получение в таких растворах равновесных значений поверхностного натяжения требует применения статических методов. Пригодны и некоторые из полустатических методов, например методы отрыва кольца, счета капель, наибольшего давления пузырьков и др. При простоте и удобстве работы эти методы дают вполне удовлетворительные результаты, если измерения проводят таким образом, что время формирования новой поверхности в виде капли является достаточным для установления концентрационного равновесия. В растворах низкомолекулярных ПАВ равновесные значения σ обычно достигаются менее чем за минуту; для растворов ПАВ более сложной структуры на установление равновесия может потребоваться до нескольких десятков минут в связи с медленной диффузией их молекул. Таким образом, для правильного выбора метода исследования необходимо учитывать кинетику установления равновесных значений поверхностного натяжения.

Одним из простых методов измерения поверхностного натяжения на границе «ж – г» является метод сталагмометра (метод счета капель). В нем поверхностное натяжение жидкости на границе с газом рассчитывают по уравнению:

,

(3)

где s ₀ – поверхностное натяжение чистого растворителя, n ₀ и n – число капель чистого растворителя и раствора, вытекших из сталагмометра; r ₀ и r – плотность растворителя и раствора.