ảnh hưởng của kích thước và cấu tạo phân tử đến tính hoạt động bề mặt của một số chất

Những phân tử ở trên bề mặt phân chia chịu tác dụng của một lực hớng vào trong chất lỏng nên các phân tử đó xu hớng bị kéo vào bên trong của chất lỏng và liên tục ở vào trạng thái một sứ

eLời cảm ơn

Luận văn này đợc hoàn thành tại phòng thí nghiệm khoa Hoá trờng Đại Học Vinh.

Em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với T.S Nguyễn Xuân đã cho đề tài và tận tình hớng dẫn em trong suốt thời gian làm luận văn

Trong quá trình thực hiện đề tài, tôi luôn nhận đợc sự quan tâm tạo mọi điều kiện thuận lợi và sự giúp đỡ nhiệt tình của tất cả cán bộ công nhân viên khoa Hoá cùng sự quan tâm động viên của bạn bè và ngời thân.

Tôi xin đợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với tất cả sự giúp đỡ quý báu đó.

Tuy đã có nhiều cố gắng nhng chắc chắn bản luận văn sẽ không tránh khỏi thiếu sót Tôi vô cùng biết ơn

đuợc các thầy cô,bạn bè cho ý kiến để bản luận văn này

đ-ợc hoàn chỉnh hơn.

Vinh, tháng 05 năm 2003.

Sinh viên

Phạm Văn Trờng

Mục lục

trang

Lời cảm ơn 1

Mục lục 2

Phần mở đầu` 4

Phần 1: Tổng quan 5

1 Sức căng bề mặt, sự dính ớt và hiện tợng mao dẫn 6

1.1 Sức căng bề mặt 6

1.2 Sự dính ớt và hiện tợng mao dẫn 10

2 Chất hoạt động bề mặt và chất không hoạt động bề mặt 11

2.1 Chất hoạt động bề mặt và chất không hoạt động bề mặt 11

2.2 Quy tắc Traube 15

3 Sự phụ thuộc sức căng bề mặt vào nồng độ 16

4 Sự phụ thuộc sức căng bề mặt vào một số yếu tố khác 20

4.1 Sự phụ thuộc sức căng bề mặtvào nhiệt độ 20

4.2.Sự phụ thuộc sức căng bề mặt vào khối lợng riêng của chất lỏng và hơi 20

4.3 Sự phụ thuộc sức căng bề mặt vào ẩn nhiệt hoá hơi 20

5 Các phơng pháp đo sức căng bề mặt 21

5.1 Phơng trình Yung – Laplace 21

5.2 Phơng pháp ống mao quản 22

5.3 Phơng pháp áp suất bọt cực đại 24

5.4 Phơng pháp cân giọt 25

5.5 Phơng pháp bản mỏng 26

5.6 Phơng pháp khung dây 27

5.7 Phơng pháp vòng Nouy 28

Phần 2: Thực nghiệm 30

1.Lựa chọn phơng pháp 30

2 Dụng cụ hoá chất 30

2.1 Dụng cụ 30

2.2 Hoá chất 30

3 Thực nghiệm 30

3.1 Xác định bán kính trong của mao quản 31

3.2.Xác định sức căng bề mặt của một số chất lỏng để kiểm tra phơng pháp 31

4 Kết quả thực nghiệm và thảo luận 32

4.1 Xác định sức căng bề mặt của nớc ở các nhiệt độ khác nhau 32

4.2 Khảo sát sức căng bề mặt của một số rợu và axit no, đơn chức 33

4.3 Sức căng bề mặt của nớc khi có mặt một số chất không hoạt động bề mặt 35

4.4 Sức căng bề mặt của nớc khi có mặt một số chất hoạt động bề mặt 37

4.5 ảnh hởng của bản chất chất tan đến sức căng bề mặt của nớc 40

Phần 3: Kết kuận 44

Tài liệu tham khảo 45

phần mở đầu

Sức căng bề mặt là một thông số quan trọng khi nghiên cứu về hoá lý bềmặt, sức căng bề mặt và các hệ quả của nó (hiện tợng dính ớt và không dính ớt,hiện tợng mao dẫn, ), có vai trò rất lớn trong tự nhiên, trong cuộc sống, cũng

nh trong công nghiệp

Hiện tợng dính ớt và không dính ớt đợc ứng dụng trong kỹ thuật tuyểnkhoáng để làm giàu quặng đó là phơng phát tuyển nổi, một phơng pháp rấtquan trọng trong công nghiệp luyện kim

Trong công nghiệp ngời ta còn sử dụng một số chất hoạt động bề mặt đểsản xuất chất tẩy rửa tổng hợp

Trong tự nhiên nhờ có hiện tợng mao dẫn, (là hệ quả của sức căng bềmặt) nhựa cây mới vận chuyển đến các bộ phận của cây

Vì vậy nếu biết đợc các quy luật ảnh hởng đến sức căng bề mặt và khảnăng hoạt động bề mặt của các chất lỏng, ngời ta có thể sử dụng các chất hoạt

động bề mặt một cách có ý thức trong cuộc sống, trong công nghiệp nh: côngnghiệp luyện kim, công nghiệp dầu khí, công nghiệp chất dẻo,

Với các lý do trên chúng tôi đã chọn đề tài: "ảnh hởng của kích thớc và cấu tạo phân tử đến tính hoạt động bề mặt của một số chất".

Mục đích của đề tài:

- Tập hợp một số phơng pháp đo sức căng của bề mặt chất lỏng, tập hợp cácvấn đề lý thuyết liên quan đến sức căng bề mặt

- Sử dụng phơng pháp ống mao quản để đo sức căng bề mặt của một sốchất lỏng

- Xét ảnh hởng của các yếu tố: Kích thớc và cấu tạo phân tử đến tính hoạt

động bề mặt và ảnh hởng của nhiệt độ và nồng độ các chất nghiên cứu đến sứccăng bề mặt của dung dịch nớc

Phần I: Tổng Quan

1/ Sức căng bề mặt, sự dính ớt và hiện tợng mao dẫn

[2,3,5,6,7,11]

1.1/.Sức căng bề mặt

Sức căng bề mặt là một tính chất đặc biệt của chất lỏng, gây nên bởi sự hút lẫn nhau giữa các hạt (phân tử và xuất hiện trên bề mặt phân chia giữa 2 pha (lỏng - lỏng, lỏng - khí, lỏng - rắn)

Hình 1 Sơ đồ xuất hiện sức căng bề mặt. Dựa vào hình 1 chúng ta thấy những phần tử nằm bên trong chất lỏng chịu những lực tơng tác của những phần tử xung quanh, những lực này đều bằng nhau và bù trừ lẫn nhau Nghĩa là hợp lực bằng không, còn những phần tử ở bề mặt phân chia thì những lực tác dụng lên phần tử đó không bù trừ nhau và mỗi phần tử chịu một lực tổng hợp khác không, hớng vào lòng chất lỏng Lực này ép lên phần chất lỏng phía trong gây nên một áp suất, đó chính là áp suất phân tử hay áp suất nội Những phân tử ở trên bề mặt phân chia chịu tác dụng của một lực hớng vào trong chất lỏng nên các phân tử đó xu hớng bị kéo vào bên trong của chất lỏng và liên tục ở vào trạng thái một sức căng đó là sức căng bề mặt và đợc kí hiệu bằng chữ  Ranh giới mặt tự do của chất lỏng chịu tác dụng của lực căng mặt ngoài Lực này hớng vuông góc với ranh giới mặt t do của chất lỏng: Flực căng mặt ngoài = .l Trong đó: F là lực căng mặt ngoài  là sức căng mặt ngoài

l là độ dài đờng viền ranh giới Khi l =1  có giá trị bằng F Mặt khác: Công làm tăng mặt phân chia của chất lỏng lên một diện tích s là: A = .s = E (năng lợng tự do của bề mặt )

-P=0

P0

Khi s = 1 thì A = .

Nh vậy chúng ta có thể rút ra định nghĩa tổng quát về sức căng bề mặt: Sứccăng bề mặt là lực hút của các phân tử ở bề mặt phân chia các pha (lỏng-lỏng;lỏng - khí; lỏng -rắn) vào trong chất lỏng và có hớng vuông góc với bề mặtphân chia Sức căng mặt ngoài bằng công đẳng nhiệt và thuận nghịch cần thiết

để tạo ra một đơn vị diện tích  cũng chính là năng lợng tự do của một đơn vịdiện tích bề mặt chất lỏng

Thứ nguyên của A là m2.kg (trong hệ SI) hay erg (trong hệ CGS ) nên  cóthứ nguyên là erg.cm-2

Để ý rằng erg.cm-1 = dyn ta nhận đợc thứ nguyên của  là dyn.cm-1

Khi diện tích bề mặt càng lớn, nghĩa là các phân tử nằm trên bề mặt phânchia giữa hai pha càng nhiều thì năng lợng tự do của bề mặt càng lớn Các chấtlỏng có xu hớng làm giảm năng lợng tự do bề mặt bằng cách giảm diện tích bềmặt Với cùng một thể tích nh nhau Khối cầu có diện tích bề mặt nhỏ nhất chonên chất lỏng có xu hớng tạo ra những giọt hình cầu và những giọt nhỏ lại dễdàng kết hợp với nhau thành những giọt lớn

Dới đây là bảng giá trị sức căng mặt ngoài của một số chất lỏng trên giới

hạn là không khí hoặc là hơi của chất lỏng đó [11]

ơ

Bảng 1 Sức căng mặt ngoài của một số chất lỏng.

Để xác định  trên giới hạn lỏng - khí hoặc lỏng - hơi ngời ta dùng các

ph-ơng pháp cân giọt, phph-ơng pháp ống mao quản, phph-ơng pháp áp suất bọt cực

đại

Do mật độ phân tử ở pha khí ( hơi ) rất bé so với mật độ phân tử trong chấtlỏng, vì vậy khi khảo sát sức căng bề mặt của giới hạn giữa 2 pha lỏng - khíhoặc lỏng - hơi chúng ta có thể bỏ qua sự tơng tác giữa các phân tử chất lỏng vàcác phân tử chất khí (hơi) Tuy nhiên, sự bỏ qua này không thể thực hiện đợckhi khảo sát sức căng bề mặt của mặt giới hạn giữa 2 pha lỏng không trộn lẫn

vào nhau Các phân tử ở mặt giới hạn bị cả 2 pha hút vào trong lòng nó (hình2).

Hình 2 : Sự hình thành sức căng bề mặt giữa hai pha lỏng không hoà tan

hoàn toàn vào nhau.

Và chính điều này sẽ làm giảm sức căng bề mặt giữa các pha Nếu hiệu ápsuất nội của 2 chất lỏng càng lớn thì  giữa 2 pha càng lớn và ngợc lại Từ đó,chúng ta có thể rút ra rằng:  tỉ lệ thuận với hiệu độ phân cực của 2 chất lỏng,nếu 2 chất lỏng hoà tan hoàn toàn vào nhau thì mặt phân cách biến mất và sứccăng bề mặt bằng không

Antônop (1907) đã đa ra quy tắc nh sau [1,8]:

Có 2 chất lỏng I và II hoà tan hạn chế vào nhau

- Giả sử 1 là sức căng bề mặt của mặt giới hạn giữa dung dịch I bão hoà IIvới không khí 2 là sức căng bề mặt của mặt giới hạn giữa dung dịch II bão hoà

I với không khí thì sức căng bề mặt giữa 2 pha I và II là  =1 - 2

Bảng 2: Giá trị  của một số bề mặt giới hạn nớc - chất hữu cơ.

hạn lỏng - khí

Nếu lực hút giữa các phân tử chất lỏng bé hơn lực hút giữa các phân tửchất lỏng và các phân tử chất rắn thì chất lỏng có xu h ớng tăng mặt tiếp xúcvới chất rắn Ngời ta nói chất lỏng dính ớt chất rắn.

Vi dụ : Thuỷ ngân không dính ớt thuỷ tinh nhng H2O dính ớt thuỷ tinh Lấy một ống có đờng kính rất bé nhúng vào một chất lỏng, thì mực chấtlỏng ở trong ống sẽ chênh lệch với mực chất lỏng bên ngoài

Nếu chất lỏng dính ớt thành ống thì mực chất lỏng trong ống cao hơn ởngoài, còn nếu chất lỏng không dính ớt thành ống thì mực chất lỏng trongống sẽ thấp hơn ở ngoài Hiện tợng chất lỏng dâng lên hay tụt xuống đó đợcgọi là hiện tợng mao dẫn Các ống gây nên hiện tợng mao dẫn đợc gọi là ốngmao quản

Nguyên nhân của hiện tợng này nh sau: Do có lực căng mặt ngoài, áp suất bêntrong chất lỏng sẽ khác một lợng ∆P nào đó so với áp suất bên ngoài của chất khí

ở trên bề mặt chất lỏng Đại lợng ∆P này sẽ làm chất lỏng dâng lên hay tụt xuốngtrong mao quản Chiều cao của cột chất lỏng dâng lên sẽ càng lớn nếu mao quản

có đờng kính càng bé Dựa vào chiều cao của cột chất lỏng dâng lên trong maoquản, ngời ta có thể tính đợc sức căng bề mặt của chất lỏng đó

Nếu chất lỏng dính ớt thành mao quản thì mặt giới hạn của chất lỏng vàkhông khí trong ống mao quản sẽ lõm xuống Ngợc lại mặt giới hạn sẽ lồi lên

Hình 3 a/ Chất lỏng dính ớt thành mao quản.

b/ Chất lỏng không dính ớt thành mao quản.

2/.Chất hoạt động bề mặt và chất không hoạt động

bề mặt [2,3,5,6]

2.1/ Chất hoạt động bề mặt và chất không hoạt động bề mặt

Khi hoà tan một chất nào đó vào chất lỏng thì sức căng bề mặt của dungdịch (dd) sẽ khác sức căng bề mặt của chất lỏng dm So sánh dd và dm , ngời

ta chia chất tan ra làm 2 loại: Chất hoạt động bề mặt và chất không hoạt động

bề mặt

Chất hoạt động bề mặt là chất có khả năng tích tụ trên lớp bề mặt nghĩa lànồng độ chât tan trong lớp bề mặt lớn hơn nồng độ của chất tan trong lớp thểtích Chất hoạt động bề mặt luôn gây ra sự hấp phụ dơng tức là các chất hoạt

động bề mặt cần phải có sức căng bề mặt bé hơn sức căng bề mặt của dung môivì chỉ nh vậy sự tích tụ lớp chất đó trên lớp bề mặt mới thuận lợi về mặt nhiệt

động học kết quả là dd < dm

Các chất hoạt động bề mặt phải có độ tan tơng đối bé Nếu chúng có độ tanlớn thì có xu hớng rời khỏi bề mặt tan vào trong chất lỏng

Ví dụ : Một số chất hoạt động bề mặt với nớc là: axit béo, muối của axit béo, rợu

Đặc điểm cấu tạo của các chất hoạt động bề mặt này gồm 2 phần:

Nhóm phân cực (thờng là nhóm chức) có khả năng hidrat hoá mạnh gây ra

ái lực của chất hoạt động bề mặt với nớc

Nhóm không phân cực (thờng là gốc hidrocacbon) nhóm không phân cực lànguyên nhân làm cho chất hoạt động bề mặt có độ tan bé, nó rất kỵ nớc

Nớc có sức căng bề mặt là 72,75 dyn.cm-1 (ở 20 0C) Khi cho thêm một sốchất hoạt động bề mặt thì giá trị  bé nhất có thể đạt đợc là 25 dyr.cm-1, nghĩa

là xấp xỉ  của parafin

Thông thờng ngời ta biểu diễn chất hoạt động bề mặt bằng hình vẽ (hình4).Trong đó vòng tròn chỉ nhóm phân cực, đoạn thẳng hoặc cái đuôi gấp khúc chỉ

nhóm không phân cực

Hình 4 : Hình vẽ quy ớc biểu diễn phân tử chất hoạt động bề mặt.

Chất không hoạt động bề mặt là chất có xu hớng rời khỏi bề mặt chất lỏng

để tan sâu vào dung dịch Chất không hoạt động bề mặt luôn gây ra sự hấp phụ

âm tức là  < 0

Các chất không hoạt động bề mặt cần phải có sức căng bề mặt lớn hơn sứccăng bề mặt của dung môi, vì chỉ nh vậy sự rời khỏi bề mặt chất lỏng để tan sâu vàothể tích dung dịch mới thuận lợi về mặt nhiệt động học, kết quả là σdd> σdm

Các chất không hoạt động bề mặt có độ tan lớn vì thế chất tan có thể rờikhỏi bề mặt mà tan sâu vào dung dịch

Các chất điện li về cơ bản đều là chất không hoạt động bề mặt đối với nớc

Đó là axit, bazơ và muối vô cơ Phân tử của nó không có phần kỵ nớc mà khitan thì phân li thành các ion và các ion này bị hidrat hoá rất mạnh

Ion bị hidrat hoá càng mạnh thì khả năng làm tăng sức căng bề mặt của nớccàng mạnh

Lúc đó do sự tơng tác của nớc với các phân tử hoạt động bề mặt yếu hơn

sự tơng tác giữa các phân tử nớc Hay nói cách khác nếu lớp bề mặt là các phân

tử nớc thì lực tơng tác giữa các phân tử trong lớp thể tích với các phân tử ở bềmặt sẽ mạnh hơn khi lớp bề mặt là những phân tử chất hoạt động bề mặt, dovậy σ giảm

Ngợc lại, khi hoà tan các chất không hoạt động bề mặt (thông thờng làchất điện li vô cơ) vào nớc thì các chất này sẽ bị phân ly thành ion và chủ yếu

đợc phân bố vào lớp thể tích, khi đó tơng tác giữa lớp thể tích (có mặt các ion)với lớp bề mặt sẽ mạnh hơn bình thờng, do vậy σtăng

Một số chất rất ít hoạt động bề mặt, sự có mặt của chúng hầu nh không

ảnh hởng đến sức căng bề mặt của các dung môi Khi những chất này tan vào

dung môi thì nồng độ của chất tan ở lớp bề mặt bằng nồng độ chất tan ở trongthể tích dung dịch, do đó  = 0 và kết quả là σdd= σdm

Ví dụ: đờng là chất ít hoạt động bề mặt đối với nớc Khi hoà tan đờng vào

nớc thì σ của dung dịch hầu nh không khác với σ của dung môi Cần chú ýrằng trên giới hạn của dung dịch đờng - không khí thì đờng là chất ít hoạt động

bề mặt nhng trên giới hạn dung dịch đờng - pha rắn hoặc dung dịch đờng - pha

lỏng thì đờng lại là chất hoạt động bề mặt

Hình 5 :Biến thiên sức căng bề mặt của các loại chất hoạt động bề mặt theo

nồng độ C.

Trong đó : 1/dt Đờng dẳng nhiệt đối với chất hoạt động bề mặt

2/dt Đờng đẳng nhiệt đối với chất không hoạt động bề mặt

3/dt Đờng đẳng nhiệt đối với chất ít hoạt động bề mặt

Hình 5 đã dẫn ra những đờng đẳng nhiệt biểu diễn sự phụ thuộc của vào C

- Đờng 1:  giảm khi C tăng, nghĩa là  và C biến thiên ngợc chiều hay d/dtdC < 0 Khi có một lợng nhỏ chất tan thì lợng chất này chủ yếu tập trung ởtrong lớp bề mặt hay nói cách khác, bề mặt của dung môi đợc phủ một lớp cácphân tử chất hoạt động bề mặt, điều này sẽ gây khó khăn cho sự hấp phụ tiếptheo trên lớp bề mặt Do vậy ban đầu  biến đổi đột ngột theo C, sau đó sự biến

-đổi này giảm dần

- Đờng 2: Khi hoà tan chất không hoạt động bề mặt vào chất lỏng thì cácphân tử chất không hoạt động bề mặt chủ yếu tập trung ở lớp thể tích dungdịch, rất ít phân tử đợc phân bố vào lớp bề mặt Khi C tăng dần thì sự phân bốcác phân tử chất không hoạt động bề mặt ở lớp bề mặt cũng đợc tăng lên, dovậy,  tăng chậm và gần nh tuyến tính với chiều tăng của C

2

C 1 3



- Đờng 3: Đối với chất không ảnh hởng đến sức căng bề mặt của dung môithì - d/dtdC = 0 do vậy đờng đẳng nhiệt biểu diễn sự phụ thuộc của vào C làmột đờng thẳng song song với trục nồng độ.

Để kết luận về các chất hoạt động bề mặt, chúng ta cần lu ý rằng một chất

ở trong dung môi này có sức căng bề mặt lớn hơn thì nó là chất hoạt động bềmặt ở trong dung môi khác có sức căng bề mặt bé hơn thì nó lại là chất khônghoạt động bề mặt

Ví dụ: Axit propionic là chất hoạt động bề mặt với nớc nhng lại là chất

không hoạt động bề mặt với rợu propionic

Theo quy tắc Traube thì trong một dãy đồng đẳng, khi độ dài của mạchcacbon tăng thì tính hoạt động bề mặt của phân tử đó tăng lên Điều này

đợc giải thích khi độ lớn của mạch cacbon tăng lên thì độ tan của chấthoạt động bề mặt trong nớc giảm xuống, có nghĩa là xu hớng mà các phân

tử chuyển từ lớp thể tích lên lớp bề mặt tăng lên dẫn đến tính hoạt động bềmặt của phân tử tăng lên

Ví dụ: Trong dãy đồng đẳng của axit no, đơn chức, mạch thẳng, khi gốc

hidrocacbon tăng lên một nhóm - CH2- thì tính hoạt động của bề mặt tăng lên3,2 lần

Nh vậy, có thể hiểu quy tắc Traube theo cách khác: khi chiều dài của axitbéo tăng theo cấp số cộng thì - d/dtdC tăng theo cấp số nhân

Một điểm cần lu ý là quy tắc Traube chỉ đúng với trờng hợp dung môi là nớc

- một dung môi rất phân cực

3 Sự phụ thuộc sức căng bề mặt vào nồng độ

Để nêu lên mối quan hệ giữa độ hấp phụ, nồng độ chất tan trong dung dịch

C và sức căng bề mặt trên giới hạn dung dịch - khí, Gibbs đã đa ra phơng trình :

Phơng trình Gibbs đợc thiết lập nh sau:

Giả thiết ta có một hệ dung dịch gồm hai cấu tử: dung môi 1 và chất tan 2,

có diện tích bề mặt s tiếp xúc với khí quyển Năng lợng tự do của hệ có thể đợcbiểu diễn bằng hệ thức:

G = .s + 1.n1 + 2.n2 (3.1)Trong đó:  là sức căng bề mặt

i là hoá thế của cấu tử i

ni là số mol cuả cấu tử i

Lấy vi phân toàn phần hệ thức (3.1) ta có:

dG = .ds + s.d + 1.dn1 + n1.d1 + 2.dn2 + n2.d2 (3.2) Mặt khác G là một hàm của nhiệt độ, áp suất, diện tích bề mặt và số molcủa cấu tử:

G = G(T,p,s,ni);

Lấy vi phân toàn phần ta có:

n s p T i n

p T n

s T n

s p

dn n

G ds

s

G dp

p

G dT

T

G

j i

i i

.

, , ,

, ,

Ta đã biết:

s T

G

i

n s

i n s T

T

s

G

, ,

(Sức căng bề mặt); i

n s p T

Nếu T,p = cosnt, ta sẽ có hệ thức đơn giản hơn:

s.d + n1.d1 + n2.d2 = 0 (3.5)

Có thể hình dung chia dung dịch khảo sát thành hai lớp: lớp bề mặt và lớpthể tích Gọi n1, n2 là số mol của các cấu tử trong lớp bề mặt no , no lần lợt là sốmol của cấu tử 1 và cấu tử 2 trong lớp thể tích Trong trờng hợp đó, đối với lớp

bề mặt (chịu tác dụng của sức căng bề mặt ) ta có thể sử dụng hệ thức (3.5).Còn đối với lớp thể tích, không chịu tác dụng của sức căng bề mặt thì hệthức tơng tự là:

no d1 + no d2 = 0 (3.6)

Từ (3.6) ta có: 0 2;

1

0 2

Hoặc:

s

n n n n d

1

0 2 1 2

2

/

Vì n2 là số mol chất tan trong n1 mol dung môi ở lớp bề mặt, còn là số mol

chất tan trong lớp thể tích tính cho n1 mol dung môi Nh vậy

s

n n n

1

0 2 1

0 2 1

n n n

.





 (3.8) Phơng trình (3.8) chính là phơng trình hấp phụ Gibbs Dựa vào phơng trìnhnày ta có thể phân biệt đợc các trờng hợp sau đây:

- d/dtdC > 0;  < 0 ;Trong trờng hợp này sức căng bề mặt biến thiêncùng chiều với nồng độ chất tan và chất tan trong lớp bề mặt có nồng độ thấphơn trong lớp thể tích ( sự hấp phụ âm) Đây chính là những chất không hoạt

động bề mặt

- d /dtdC < 0;  > 0; Trong trờng hợp này sức căng bề mặt biến thiên ngợcchiều với nồng độ chất tan và chất tan trong lớp bề mặt có nồng độ cao hơntrong lớp thể tích (sự hấp phụ dơng) Đây chính là những chất hoạt động bềmặt

-d/dtdC = 0;  = 0; Trong trờng hợp này nồng độ không làm ảnh hởng đếnsức căng bề mặt và sự phân bố chất tan trong lớp thể tích và lớp bề mặt đêùbằng nhau(sự hấp phụ bằng không) Đây chính là chất không làm ảnh hởng đếnsức căng bề mặt của dung môi

Phơng trình Gibbs đợc áp dụng với những trờng hợp dung dịch loãng và

đ-ợc suy ra từ các phơng trình nhiệt động học, rất khó kiểm chứng bằng thựcnghiệm vì việc xác định nồng độ chất tan trong lớp bề mặt rất khó khăn.MeBain đã dùng một dụng cụ cắt một lớp bề mặt dung dịch mỏng để xác địnhnồng độ của chất tan trong lớp đó và đã tính đợc giá trị gần đúng với giá trịtính từ phơng trình Gibbs

Đối với những dung dịch mà nồng độ chất hoạt động bề mặt tơng đối lớn Shiskovsky đã thiết lập đợc đợc phơng trình sau đây:

4.1/ Sự phụ thuộc sức căng bề mặt vào nhiệt độ.

Khi nhiệt độ tăng thì sự chuyển động nhiệt của các phân tử tăng do vậy lựchút giữa các phân tử giảm mà chúng ta biết sức căng bề mặt tỉ lệ thuận với áp

suất nội, nghĩa là tỉ lệ thuận với lực hút giữa các phân tử Do vậy khi nhiệt độtăng lên thì sức căng bề mặt giảm.

Mối liên hệ giữa sức căng bề mặt vào nhiệt độ đợc biểu diễn bằng côngthức:

 = A.(1 – T/dtTc)n

Trong đó: A là hằng số phụ thuộc vào bản chất của chất lỏng

T là nhiệt độ khảo sát

Tc là nhiệt độ tới hạn

n là một hệ số tuỳ thuộc vào bản chất của chất lỏng

4.2/ Sự phụ thuộc sức căng bề mặt vào khối lợng riêng của chất lỏng và hơi.

Khi nhiệt độ thay đổi sức căng bề mặt của chất lỏng đợc liên hệ với tỉ trọngcủa chất lỏng đó và hơi của nó thể hiện qua hệ thức Maclead:

Trong đó: d1 là khối lợng riêng của chất lỏng

dv là khối lợng riêng của hơi

c là hằng số riêng

4.3/ Sự phụ thuộc sức căng bề mặt vào ẩn nhiệt hoá hơi.

Khi chất lỏng hoá hơi, cần phải cung cấp cho mỗi gam chất lỏng một lợngnhiệt bằng ẩn nhiệt hoá hơi của nó

Mối liên hệ giữa sức căng bề mặt vào ẩn nhiệt hoá hơi của một chất lỏng

đ-ợc thể hiện qua công thức sau:

L J

d M

.

36

3

Trong đó: L là ẩn nhiệt hoá hơi

Do hiện tợng dính ớt và không dính ớt nên mặt ngoài của chất lỏng đựngtrong bình thờng có dạng một mặt cong Mặt cong lồi lên hay lõm xuống tuỳthuộc vào chất lỏng và thành bình Xét đờng chu vi C của mặt cong, khi chấtlỏng ở trạng thái cân bằng, xung quanh C có sức căng tác dụng Trờng hợp mặtcong lồi, sức căng có tác dụng ép phần chất lỏng phía dới và gây nên một ápsuất hớng từ trên xuống còn trờng hợp mặt cong lõm sức căng gây ra một ápxuất phụ hớng lên trên và có giá trị âm.

Xét trờng hợp mặt cong là một chỏm cầu có bán kính R và khẩu kính r.Nếu qui ớc bán kính mặt cầu hớng về phía chất lỏng là dơng và hớng ra khỏichất lỏng là âm thì áp suất phụ p đợc gây ra bởi mặt cong sẽ đợc tính theocông thức:

p = 2./dtR

Trờng hợp mặt phẳng (R= ) áp suất phụ bằng không

Trong trờng hợp tổng quát mặt cong có dạng bất kỳ Laplace đã chứngminh đợc công thức:

p = .(1/dtR1 + 1/dtR2) (4.1)

Trong đó, p là áp suất phụ tại điểm M còn R1, R2 là bán kính cong củahai tiếp tuyến vung góc bất kỳ C1,C2 tại điểm ta xét M (tiếp tuyến của mặt congtại điểm M là giao tuyến của mặt cong với mặt phẳng chứa pháp tuyến tại đó).(hình - 8)

Nh ta đã biết, khi nhúng một ống mao quản vào chất lỏng thì chất lỏngtrong ống sẽ chênh lệch với bên ngoài đợc gọi là hiện tợng mao dẫn Nguyênnhân của hiện tợng mao dẫn là do áp suất phụ dới mặt cong trong mao quản.Trong trờng hợp làm ớt, mặt khum là mặt lõm áp suất phụ hớng lên trên sẽ kéotheo một phần chất lỏng vào trong ống, còn trờng hợp không dính ớt, áp suấtphụ hớng xuống dới và nén phần chất lỏng trong ốngxuống.(hình - 9)

Hình 9 : Hiện tợng mao dẫn

Xét trờng hợp mực nớc dâng lên trong ống mao dẫn bằng thuỷ tinh Lấy hai

điểm M và N trên cùng một mực ngang Điểm N nằm dới mặt thoáng nằmngang nên nó không chịu áp suất phụ nó chỉ chịu áp suất khí quyển H, vậy:

PN = H

Điểm M vừa chịu áp suất khí quyển, vừa chịu áp suất tĩnh bởi cột chất lỏngchiều cao h, đồng thời nó chịu áp suất phụ p gây bởi mặt cong Biết áp suấttĩnh là .g.h ta có :