PROPRIETǍTILE SUPRAFETELOR LICHIDELOR. TENSIUNE SUPERFICIALǍ

PROPRIETǍTILE SUPRAFETELOR LICHIDELOR. TENSIUNE SUPERFICIALǍ

Lichidele tind sa adopte forme cu suprafata minima cu numar maxim de molecule in masa lichidului si de interactiuni intre vecini. De aceea picaturile de lichid tind sa fie sferice, forma sferica asigurand raportul suprafata/volum cat mai mic.

Impotriva tendintei de a se crea aceasta forma ideala actioneaza totusi unele forte prezente, in particular gravitatia poate alungi sferele si le poate uni in cantitati mari de lichid (lacuri, oceane). Lucrul L necesar variatiei suprafetei cu o cantitate infinitezimala dS este proportional cu dS si se scrie:

(A.9)

- coeficient de proportionalitate numit tensiune superficiala,

;

2) SUPRAFETE CURBATE

O suprafata de lichid nu este in general plana. Efectul tensiunii superficiale este sa minimizeze aria, astfel ca se formeaza o suprafata curbata, cum este cazul unei bule. Exista doua consecinte ale curbarii (deci ale tensiunii superficiale):

- formarea picaturilor

- fenomenele de capilaritate

Bule, cavitati, picaturi

Bula = portiune de vapori(sau aer) inconjurata de un film de lichid subtire.

Cavitate = regiune din lichid umpluta cu vapori. Ceea ce numim obisnuit bule in lichid sunt de fapt cavitati. Cavitatile au doua fete. Tratarile teoretice sunt similare dar la bule apare permanent factorul 2 care tine seama de dublarea suprafetei.

Picatura = volum mic de lichid inconjurat la echilibru de vaporii sai.

Fortele care actioneaza asupra moleculei din punctul A:

= tensiune interfaciala solid-gaz,

= tensiune interfaciala lichid-gaz,

= tensiune interfaciala solid-lichid,

Fortele se echilibreaza pe o directie:

T .

. - unghi de contur; - tensiune de adeziune.

(A.10)

lichidul "uda" suprafata solida;

lichidul " nu uda" suprafata solida;

"Udare" totala ;

"Udare partiala"

"Udare" nula : .

Metoda stalagmimetrica (Traube) pentru determinarea tensiunii superficiale este o metoda relativa. Se determina s pentru un lichid necunoscut daca se cunoaste s pentru un lichid de referinta :

(A.11) ; densitatile celor doua lichide; n₀, n numarul de picaturi care se scurg din lichidul de referinta.

Pe fata concava a suprafetei presiunea este intotdeauna mai mare decat pe cea convexa, fapt exprimat de ecuatia lui Laplace:

(A12): .

Ecuatia lui Laplace arata ca diferenta de presiune scade la zero cand (suprafata plana).Cavitatile mici au raza de curbura mica, deci diferenta de presiune este mare.

Demonstratie Intr-un lichid cavitatile sunt in echilibru cand tendinta lor de scadere a suprafetei este echilibrata de cresterea presiunii interne care ar rezulta. Forta orientata spre exterior este:. Forta orientata spre interiorul lichidului este data de presiunea externa si tensiunea superficiala.

Variatia de suprafata la cresterea razei sferei de la r la r+dr este: . Lucrul efectuat cand suprafata este marita este: Dar lucrul mecanic este produsul dintre forta si distanta. Atunci forta =lucrul mecanic/distanta= .

Se obtine forta superficiala egala cu .

Daca fortele orientate spre exterior si interior sunt echilibrate: .

Se obtine: .

Fenomene de capilaritate

Ascensiunea capilara

Cand un tub capilar este imersat in lichid, lichidul urca pe pereti curband suprafata (daca uda peretii).

La echilibru presiunea hidrostatica a coloanei de lichid egaleaza diferenta de presiune datorata tensiunii superficiale .

;

(A13) . Relatia (A13) permite masurarea lui s experimental.

Depresiunea capilara (cand lichidul nu uda peretii)

Presiunea de vapori a unui lichid depinde de presiunea aplicata lichidului. Datorita curbarii suprafetei apare o presiune diferentiala si este de asteptat ca presiunea de vapori deasupra suprafetei curbate sa fie diferita de cea pe o suprafata plana.

• Pentru lichidele care uda un capilar presiunea din capilar P_r este mai mica decat deasupra unei suprafete plane: (se ridica in capilar).
• Pentru lichidele care nu uda un capilar presiunea de vapori in capilar este mai mare decat deasupra unei suprafete plane: . Picaturile mici sunt instabile in raport cu cele mari si acestea in raport cu suprafata plana. Rezulta ca lichidele din capilarele mici condenseaza in capilarele mari. Fenomenul isi gaseste aplicatii in distilarea capilara izoterma.