Metoda maximálního tlaku bublin - Maximum bubble pressure method - Wikipedia

v fyzika, metoda maximálního tlaku bublinnebo zkrátka metoda bublinového tlaku, je technika pro měření povrchové napětí a kapalný, s povrchově aktivní látky.

Pozadí

Když kapalný tvoří rozhraní s plyn fáze, a molekula na hranici má zcela odlišné fyzikální vlastnosti kvůli nevyváženosti přitahování sil sousedními molekulami. Na rovnovážný stav kapaliny jsou vnitřní molekuly pod vyváženými silami s rovnoměrně rozloženými sousedními molekulami.

Relativně menší počet molekul v plynné fázi nad rozhraním než zhuštěný kapalná fáze tvoří celkový součet síly aplikované na povrchovou molekulu přímo uvnitř kapaliny, a tak povrchové molekuly mají tendenci minimalizovat svůj vlastní povrch.

Taková nerovnost molekulárních sil vyvolává kontinuální pohyb molekul zevnitř na povrch, což znamená, že povrchové molekuly mají navíc energie, který se nazývá povrchová volná energie nebo potenciální energie,[který? ] a taková energie působící na zmenšenou jednotkovou plochu je definována jako povrchové napětí.

Toto je rámcová práce pro interpretaci příslušných jevů, ke kterým dochází na povrchu nebo rozhraní materiálů, a mnoho metod pro měření povrchové napětí byl vyvinut.[1]

Mezi různými způsoby, jak určit povrchové napětí, Du Noüyova prstenová metoda a Wilhelmyho skluzová metoda jsou založeny na oddělení a pevný předmět z povrchu kapaliny a Metoda přívěskového kapky a Přisedlé kapky nebo bublinová metoda závisí na deformace sférického tvaru kapky kapaliny.[1]

I když jsou tyto metody relativně jednoduché a běžně se používají k určení statický povrchové napětí, v případě, že se do kapaliny přidávají nečistoty, měření povrchového napětí na základě dynamická rovnováha by mělo být aplikováno, protože získání úplně vytvořeného povrchu trvá déle, což znamená, že je obtížné dosáhnout statické rovnováhy jako čistá kapalina.[2]

Nejtypičtější nečistota, kterou je třeba vyvolat dynamický povrchové napětí měření je molekula povrchově aktivní látky, která má obojí hydrofilní segment, obecně nazývaný „hlavní skupina“ a hydrofobní segment, obecně nazývaný „skupina ocasu“ ve stejné molekule. Kvůli charakteristice molekulární struktura, povrchově aktivní látky migrují do plynné fáze hraničící s kapalným povrchem, dokud vnější síla nerozptýlí nahromaděné molekuly z rozhraní nebo na povrchu plně obsazena, a tak nemůže pojmout další molekuly. Během tohoto procesu se povrchové napětí snižuje v závislosti na čase a nakonec se blíží rovnovážnému povrchovému napětí (σrovnováha).[3] Takový proces je znázorněn na obrázku 1. (Obrázek byl reprodukován z reference)[2]

Bubble1.jpg

Obrázek 1 - Migrace molekul povrchově aktivní látky a změna povrchového napětí (σt1 > σt2 > σrovnováha)

Metoda maximálního tlaku bublin

Jednou z užitečných metod pro stanovení dynamického povrchového napětí je měření „metody maximálního tlaku bubliny“ nebo jednoduše metody tlaku bubliny.[1][2]

Tlak bubliny tenziometr produkuje plynové bubliny (bez vzduchu) konstantní rychlostí a fouká je kapilárou, která je ponořena do kapaliny vzorku a její poloměr je již znám.

The tlak (P) uvnitř plynové bubliny se stále zvyšuje a maximální hodnoty se dosáhne, když má bublina zcela polokulovitý tvar, jehož poloměr přesně odpovídá poloměru kapiláry.[3]

Obrázek 2 ukazuje každý krok tvorby bublin a odpovídající změnu poloměru bublin a každý krok je popsán níže. (Obrázek byl reprodukován z reference)[2][3]

Bubble2.jpg

Obrázek 2 - Změna tlaku během tvorby bublin vynesená jako funkce času.

A, B: Na konci kapiláry se objeví bublina. Jak se velikost zvětšuje, poloměr zakřivení bubliny se zmenšuje.

C: V bodě maximálního tlaku bubliny má bublina úplný polokulový tvar, jehož poloměr je shodný s poloměrem kapiláry označeným Rcap. Povrchové napětí lze určit pomocí Young – Laplaceova rovnice v redukovaná forma pro sférický tvar bubliny v kapalině.[3]

(σ: povrchové napětí, ΔPmax: maximální tlaková ztráta, Rvíčko: poloměr kapiláry)

D, E: Po maximálním tlaku se tlak bubliny snižuje a poloměr bubliny se zvyšuje, dokud se bublina neoddělí od konce kapiláry a nezačne nový cyklus. To není relevantní pro stanovení povrchového napětí.[3]

Aktuálně vyvinuté a komercializované tenzometry monitorují tlak potřebný k vytvoření bubliny, tlakový rozdíl mezi bublinou uvnitř a vně bubliny, poloměr bubliny a povrchové napětí vzorku se vypočítají najednou a sběr dat se provádí pomocí PC řízení.

Bublinová tlaková metoda se běžně používá k měření dynamického povrchového napětí systému obsahujícího povrchově aktivní látky nebo jiné nečistoty, protože nevyžaduje měření kontaktního úhlu a má vysokou přesnost, i když se měření provádí rychle.[1][3] „Metodu bublinového tlaku“ lze použít k měření dynamického povrchového napětí, zejména u systémů, které obsahují povrchově aktivní látky.[3] Kromě toho je tato metoda vhodná pro použití biologické tekutiny jako sérum[který? ] protože pro měření nevyžaduje velké množství kapalného vzorku.[4] Nakonec se metoda používá pro nepřímé stanovení obsahu povrchově aktivních látek v průmyslových čisticích nebo povlékacích lázních, protože dynamické povrchové napětí v konkrétním rozsahu rychlostí tvorby bublin vykazuje silnou korelaci s koncentrací. [2]

Reference

  1. ^ A b C d Adamson, Arthur W .; Alice P. Gast (1997). Fyzikální chemie povrchů (6. vydání). Wiley Interscience.
  2. ^ A b C d E Metoda bublinového tlaku na kruss-scientific.com
  3. ^ A b C d E F G Dynamické metody na lauda.de
  4. ^ Hubbard, Arthur T. (2002). Encyklopedie povrchové a koloidní vědy (Sv. 1). CRC press, str. 814–815

externí odkazy