Методсчета капель считается самым простым способом измерения поверхностногонатяжения с технической точки зрения. В основе расчетов лежит закон, согласнокоторому вес капли, отрывающейся от пипетки, пропорционален поверхностномунатяжению жидкости ( ) и радиусу пипетки (R) , т.е.
| m=2 R /g , где | (1) |
g- ускорение свободного падения;
m- масса капли исследуемой жидкости.
Процессизмерений прост и состоит их двух этапов. На первом этапе определяется радиуспипетки (сталагмометра). Величина радиуса вычисляется по результатам измерениявеса капли какой-либо стандартной жидкости, например, дистиллированной воды.Для измерения радиуса не используются какие-либо дополнительные измерительныеинструменты, такие как микрометр, поскольку величина радиуса в формуле (1) лишьприближенно отражает действительные размеры используемой пипетки. (Причинытакого положения дел будут пояснены далее.)
Второйэтап состоит в том, что из пипетки выдавливается несколько капель исследуемойжидкости в посуду для взвешивания. Первая капля не должна попасть в числовзвешиваемых. Далее взвешиванием на весах определяется общий вес капель.
Важнымявляется процесс формирования отдельной капли. Формировать каплю быстронедопустимо, так как результат последующего измерения будет недостоверен из-затого, что сила инерции поступающей жидкости оторвет каплю раньше времени.Медленно же формировать каплю не рационально. Обычно поступают следующимобразом: каплю формируют быстро, но на последней стадии формирования (до ееотрыва от пипетки) замедляют процесс. Капля должна оторваться при оченьмедленном поступлении жидкости.
Систематическаяошибка от использования для расчетов формулы (1) достигает в лучшем случае2-3%, если для калибровки (определения радиуса) применялась дистиллированнаявода, а поверхностное натяжение исследуемой пробы равно 20 дин/см. Это связанос тем, что вышеупомянутая формула не совсем верно отражает существующееположение дел. Лонштейн, а затем Гаркинс и Браунс еще в начале века показали,что лучшими показателями обладает формула:
| m=F2 R /g, где | (2) |
F- поправка, зависящая от отношения V/R3;
V- объем капли.
Использованиеэтой формулы для расчетов позволяет определять поверхностное натяжение сточноcтью 0,1-0,2%.
Втаблице 1 показаны значения поправок F для различных V/R3. Изтаблицы следует, что в действительности образуется капля меньшего размера, чемэто предсказывает предыдущая формула (1). Таким образом, расчеты радиуса пораствору с известным поверхностным натяжением дают значение на 40% меньшедействительного размера пипетки.
Таблица1.
| V/R3 | F | V/R3 | F | V/R3 | F |
| 58,1 | 0,215 | 2,3414 | 0,2635 | 0,816 | 0,255 |
| 24,6 | 0,2256 | 2,0929 | 0,26452 | 0,771 | 0,2534 |
| 17,7 | 0,2305 | 1,8839 | 0,26522 | 0,729 | 0,2517 |
| 13,28 | 0,23522 | 1,7062 | 0,26562 | 0,692 | 0,2499 |
| 10,29 | 0,23976 | 1,5545 | 0,26566 | 0,658 | 0,2482 |
| 8,19 | 0,24398 | 1,4235 | 0,26544 | 0,626 | 0,2664 |
| 6,662 | 0,24786 | 1,3096 | 0,26495 | 0,597 | 0,2445 |
| 5,522 | 0,25135 | 1,2109 | 0,26407 | 0,57 | 0,243 |
| 4,653 | 0,25419 | 1,124 | 0,2632 | 0,541 | 0,243 |
| 3,975 | 0,25661 | 1,048 | 0,261 | 0,512 | 0,2441 |
| 3,433 | 0,25874 | 0,98 | 0,2602 | 0,483 | 0,246 |
| 2,995 | 0,26065 | 0,912 | 0,2585 | 0,455 | 0,2491 |
| 2,637 | 0,26224 | 0,865 | 0,257 | 0,428 | 0,2526 |
Расчетыпо формуле (2) также предполагают 2 этапа исследований. На первом этапеопределяется радиус пипетки по стандартному раствору, а на втором - измерениеповерхностного натяжения исследуемой пробы. Расчеты по определению радиусапипетки усложняется поправкой F, которая зависит от V/R3. Трудностьсостоит в том, что в формуле (2) радиус фигурирует в 2-х местах. Вычислять егоаналитическим путем довольно сложно. В связи с этим лучше знать действительныегеометрические размеры пипетки, предварительно измеренные микрометром.Измеренный радиус следует использовать только для вычисления поправки F. Такимобразом, радиус по формуле (2) вычисляется довольно просто:
| R = mg/2 стF, где | (3) |
ст - поверхностное натяжение стандартного раствора.
Привычислениях поверхностного натяжения исследуемого раствора применяется тот жепринцип: радиус, измеренный микрометром, применяется только для вычисленияпоправки.