1.15. ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ

Использование любых материалов сайта разрешено только с письменного согласия владельцев ресурса logmag.info ©

Поверхностное натяжение

Поверхностное натяжение – величина, характеризующая состояние поверхности жидкости и численно равная работе, которая затрачивается на преодоление сил притяжения между молекулами поверхностного слоя при их выходе на поверхность. Под действием сил поверхностного натяжения жидкость стремится сократить свою поверхность, вот почему жидкости при отсутствии влияния силы тяжести  принимают форму шара, имеющего минимальную поверхность.

Поверхностное натяжение жидкости характеризует границу раздела фаз жидкости с воздухом (газом) или с парами этой жидкости. Величина поверхностного натяжения жидких нефтепродуктов зависит от их химического и фракционного состава, а также от природы и концентрации молекул газовой (паровой) фазы над жидкостью. Ароматические углеводороды имеют максимальные, нафтеновые углеводороды –  промежуточные, а парафиновые углеводороды – минимальные значения поверхностного натяжения; с увеличением их молярной массы поверхностное натяжение растет. Поверхностное натяжение нефтяных фракций растет по мере их утяжеления по фракционному составу. Ниже приведены значения поверхностного натяжения некоторых углеводородов и нефтепродуктов при 200С (Н/м):

– н-пентан – 0,0156;

– н-гексан – 0,0182;

– н-гептан – 0,0184;

– н-октан – 0,0219;

– циклогексан – 0,0280;

– бензол – 0,0288;

– м-ксилол – 0,0290;

– бензины – 0,0205¸0,0260;

– керосины – 0,0266¸0,0300;

– дизельное топливо – 0,0308;

– смазочные масла – 0,032¸0,050.

Поверхностное натяжение жидкостей зависит от температуры и давления. С повышением температуры поверхностное натяжение уменьшается и при критических значениях равно нулю. С повышением давления поверхностное натяжение также уменьшается. Исключением является система гелий над жидкостью, в которой поверхностное натяжение возрастает с повышением давления.

Величина поверхностного натяжения нефтяных фракций зависит от наличия в них поверхностно-активных веществ, при добавлении   которых к жидкостям понижается их поверхностное натяжение. Поверхностно-активными веществами, оказывающими влияние на величину поверхностного натяжения, являются смолы, асфальтены, спирты, фенолы, нафтеновые и ароматические кислоты, соли нафтеновых кислот и т.д.

Понижение поверхностного натяжения объясняется адсорбцией поверхностно-активного вещества на границе раздела фаз. При этом поверхностное натяжение сначала снижается, а затем при определенной концентрации поверхностно-активного вещества стабилизируется.

Поверхностное натяжение может быть определено экспериментальным путем. Известно несколько методов определения поверхностного натяжения, из которых чаще применяют следующие [2, с. 133]:

– метод отрыва кольца, который основан на измерении силы, необходимой для отрыва стандартного кольца от поверхности жидкости;

– капиллярный метод, основанный на измерении высоты подъема жидкости в капилляре. Однако в этом методе высота подъема жидкости зависит как от поверхностного натяжения, так и от характера смачивания поверхности капилляра жидкостью;

– метод отрыва капли (или метод висячей капли) является разновидностью капиллярного метода, но он более точный и основан на измерении массы капли жидкости, отрывающейся от калиброванного капилляра. В данном методе, в отличие от капиллярного, смачивание поверхности капилляра жидкостью на результаты не влияет.

Поверхностное натяжение жидкостей, углеводородов, алканов и алкенов может быть рассчитано по формулам или определено с помощью номограмм [3, с. 25; 6, с. 209].

Поверхностное натяжение входит в физическую константу “парахор”, которая связывает молярную массу углеводородов или смесей углеводородов с их плотностью в жидкой и паровой фазах и поверхностным натяжением. Зная парахор, поверхностное натяжение можно найти из зависимости поверхностного натяжения от парахора:

поверхностное натяжение

где поверхностное натяжение –  поверхностное натяжение;

Р   – парахор;

pж – плотность жидкости;

pп – плотность паров;

M– молярная масса.

Значения парахоров для некоторых углеводородов могут быть взяты из справочной литературы или определены по номограммам [2,  с. 31].

Использование любых материалов сайта разрешено только с письменного согласия владельцев ресурса logmag.info ©

Поверхностное натяжение