Сұйықтың беттік керілу коэффициентін сақинаны ажырату әдісімен анықтау
Жұмыстың мақсаты: сұйықтың беттік керілу құбылысын зерттеп үйрену; сұйықтың беттік керілу коэффициенттін сақинаны сұйық бетінен ажырату күші бойынша анықтау.
Құрал – жабдықтар: металл сақиналар, таразы, штангенциркуль, зерттелетін сұйық.
Сабақтың жоспары
Эксперименттік қондырғымен танысу.
Зертханалық жұмысты орындау.
Алынған нәтижеге қорытынды жасау.
Зертханалық жұмысты безендіру және қорғау.
Теориядан қысқаша мәлімет
Сұйықтың беті оның басқа массасымен салыстырғанда қосымша потенциалдық энергиямен сипатталатын ерекше жағдайда тұрады. Бұл ерекше жағдай, сұйық бетіндегі молекулалар мен оның ішіндегі молекулалардың өзара әсерлерінің эквивалент еместігімен түсіндіріледі. Мысалы, сұйықтың ішінде тұрған А молекула (1 – сурет) басқа молекулалармен жан – жақты қоршалған. А молекуласына көрші молекулалардың әсер ету күштері жан – жаққа бірдей бағытталған, сондықтан оған әсер ететін қорытқы күші нөлге тең.
1-сурет
Ал, сұйықтың беттік қабатында немесе оған жақын тұрған молекулалардың (1 суретте В мен С молекулалары) жағдайы мүлдем басқаша. Сұйықтың жұқа беттік қабатында тұрған молекулалар сұйықтың басқа молекулаларымен жан – жақты қоршалмаған, яғни өзара әсер ететін молекулалардың бір тобы – олар сұйық бетімен шектелген газдын молекулалары. Сұйықтың жоғары жағындағы газ молекулаларының концентрациясы сұйық молекулаларының концентрациясымен салыстырғанда өте аз болғандықтан, беттік қабаттағы бір молекулаға әсер ететін қорытқы күш нөлге тең болмайды, оның бағыты сұйықтың ішіне қарай төмен бағытталған.
Сұйық бөлшектерінің жалпы энергиясы олардың жылулық қозғалысының кинетикалық энергиясы мен молекула аралық өзара әсердің нәтижесінде пайда болған потенциалдық энергиясынан құралады. Молекулаларды сұйықтың ішінен беттік қабатқа жеткізу үшін оған әсер ететін күшке қарсы жұмыс жасау керекк. Сондықтан, сұйықтың ішіндегі бөлшектерге қарағанда, беттік қабаттағы молекулалардың потенциалдық энергиясы артық болады.
Беттік қабаттағы молекулалардың беттік энергия деп аталатын бұл қосымша энергиясы қабаттың ауданына пропорционал, яғни
(1)
мұнда – сұйық қабатының аудан бірлігіндегі қосымша энергиямен анықталатын беттік керілу коэффициенті.
Беттік энергияның әсерінен сұйық бетінің ауданы азаюға тырысады. Сондықтан, сұйық ішінен беттік қабатқа өткен біршама молекулалар есебінен сұйық беттің ауданын ұлғайту үшін, беттік керілу күштеріне қарсы жұмыс жасау керек. Сұйықтың бет ауданының ұлғаюы теріс жұмысқа, ал кішіреюі оң жұмысқа сәйкес келеді. Сондықтан
(2)
мұнда - сұйықтың беті контурының бірлік ұзындығындағы беттік керілу күші. Бұл жұмыс беттік энергия өсуімен бір мезгілде орындалады, яғни
(3)
(1) және (2) теңдеулерді салыстырсақ, онда
(4)
яғни, беттік керілу коэффициенті бетті шектеген контур ұзындығының бірлігіндегі беттік керілу күшіне тең. Беттік керілу күштері өздері әсер етіп отырған контурдың бөлігіне перпендикуляр және бетке жанама бойымен бағытталған. Беттік коэффициент бірлігі БХЖ – де (СИ) – ньютон бөлінген метр (Н/м) немесе джоуль бөлінген квадрат метр (Дж/ м2).
Көптеген сұйықтардың 300К температурада беттік керілу коэффициенті шамамен 10-2 – 10-1Н/м – ге тең. Температураның өсуіне байланысты беттік керілу коэффициенті азаяды, оның себебі сұйықтың молекулаларының өзара орта арақашықтығы артады. Беттік керілу сұйықтардағы қоспаларға біршама байланысты. Бұл былайша түсіндіріледі. Беттік керілу коэффициенті , сондай – ақ сұйықтың беттік энергиясы молекулааралық күштерге тәуелді, ал олар өз ретінде молекулалардың құрылысымен сипатталады. Беттік керілу коэффициенті минимальді болу үшін, сұйықтың беттік энергиясы минимумге оның бет ауданының кішіреюімен толықтыру жолымен де жетеді. Беттік энергияны азаюға алып келетін, шекара бетке адсортбцияланған заттарды беттік – активті деп атайды. Олардың шағын ғана қоспасы беттік керілуді анағұрлым азайтып жібереді. Мұндай заттардың молекулалары ең алдымен беттік қабатттан орын алып, оны молекулаларымен жеткілікті толықтырылған соң барып қана сұйықтың негізгі көлеміне енеді.
Беттік – активті заттарға жалпы созылмалы формасы бар органикалық заттардың молекулалары жатады (мысалы –ОН, -СООН, -NН2). Беттік – активті заттың ең белгілі мысалы ретінде сабынды қарастыруға болады.
Суға қосқан кезде оның беттік керілуін ұлғайтатын және тағы да кейбір заттар бар (тұз, қант).
Егер сұйық бетін шектейтін контурдың ұзындығы белгілі болса, онда беттік керілу күштері мына қатынастан анықталады:
(5)
Достарыңызбен бөлісу: | 
