La tensión superficial es una de las propiedades físico - químicas importantes de los líquidos, que afecta a muchos fenómenos naturales y procesos industriales. Entre los muchos métodos de medición, el método de presión máxima de burbuja se ha convertido en un método común en la investigación científica y la enseñanza debido a su dispositivo simple, fácil de operar y sin necesidad de medir el ángulo de contacto y la densidad líquida.

　　I. principios básicos: burbujas y presiones

El principio básico del método de presión máxima de burbuja es el proceso inverso del método de ascenso capilar. Su núcleo es medir la diferencia máxima de presión generada por la burbuja cuando se separa del extremo del capilar, y luego calcular la tensión superficial.

En el experimento, el líquido a medir se carga en el tensiómetro superficial, de modo que la superficie final del tubo capilar sea cortada de la superficie del líquido. La extracción lenta de aire descomprime el sistema, y la presión sobre la superficie del líquido en el capilar es mayor que la presión del sistema, formando una diferencia de presión (presión adicional, △ p). Esta presión adicional es proporcional a la tensión superficial y inversamente proporcional al radio de curvatura de la burbuja, siguiendo la fórmula de laplace: △ P = 2sigma / R (de los cuales Sigma es la tensión superficial y R es el radio de curvatura de la burbuja).

El radio de curvatura del proceso de formación de burbujas cambia:

1. al principio: la superficie de la burbuja es casi plana y el radio de curvatura es el más grande.

2. en la formación: el radio de curvatura se reduce gradualmente.

3. en forma de hemisferio: el radio de curvatura de la burbuja R es igual al Radio capilar r, cuando el radio de curvatura es el más pequeño y la presión adicional alcanza el valor máximo (△ P max).

4. después de eso: la burbuja crece aún más, R se hace más grande y△ P se hace más pequeña hasta que se escapa.

Por lo tanto, la relación entre la presión adicional máxima△ P Max y la tensión superficial es: Sigma = (r / 2) △ P Max. Para el mismo conjunto de instrumentos, el radio capilar R es un valor fijo. para facilitar el cálculo, a menudo se introduce la constante del instrumento k, y la fórmula se simplifica a Sigma = k△ P Max. La constante K del instrumento se puede obtener mediante la calibración de materiales de referencia con tensión superficial conocida.

　　2. principales características y ventajas

El método de presión máxima de burbuja tiene sus características y ventajas únicas:

1. capacidad de medición dinámica: este método se puede utilizar para medir la tensión superficial dinámica, es decir, la variación de la tensión superficial con el tiempo, especialmente adecuado para estudiar el proceso dinámico de adsorción de los tensoactivos.

2. fácil de operar: el dispositivo experimental es relativamente simple, fácil de operar y no necesita determinar el ángulo de contacto Theta y la densidad líquida rho.

3. amplia gama de aplicaciones: especialmente para líquidos con baja tensión superficial.

　　3. pasos experimentales clave y precauciones

Para obtener resultados de medición precisos, es necesario seguir las operaciones estandarizadas:

1. preparación y detección de fugas del medidor de tensión superficial: el instrumento debe estar limpio y seco. La estanqueidad del aire se verifica mediante la extracción de aire y manteniendo el sistema sin cambios una cierta diferencia de presión de 2 - 3 minutos.

2. controlar la velocidad de formación de burbujas: ajustar la velocidad de extracción para que la burbuja se escape, y el tiempo de formación de cada burbuja es de 5 - 10 segundos. La velocidad excesiva o la fuga en serie hará que el tiempo de equilibrio de la burbuja sea corto, lo que dificultará la lectura precisa de la diferencia de presión máxima y afectará los resultados.

3. leer la diferencia de presión máxima: es necesario registrar la diferencia de presión máxima del manómetro en un momento en que la burbuja acaba de salir del extremo del tubo, y tomar el promedio muchas veces en la medición continua.

4. orden de medición: si se mide una serie de soluciones de concentración, se debe hacer de baja a alta concentración para reducir la interferencia de la contaminación y los cambios de concentración en los resultados.

5. Estado del capilar: el capilar debe estar limpio, seco, vertical y la boca del tubo debe ser exactamente igual a la superficie del líquido. Si se inserta debajo del nivel del líquido, se producirá una presión estática adicional, lo que hará que el resultado de la medición sea demasiado grande.

　　IV. principales áreas de aplicación

El método de presión máxima de burbuja y sus probadores de tensión superficial son ampliamente utilizados:

1. estudio de tensoactivos: determinación de su concentración crítica de micelas (cmc), estudio de la dinámica de adsorción y la tensión superficial dinámica.

2. optimización de fórmulas industriales: desarrollo de fórmulas y monitoreo de calidad para limpiadores, tintas, recubrimientos, cosméticos y otros productos, optimizando sus propiedades de humectación, pavimentación y emulsión.

3. análisis y control de procesos: monitoreo en línea de la tensión superficial de líquidos de galvanoplastia como en la industria de semiconductores para controlar la concentración y la cantidad de aditivos.

Conclusión

El método de presión máxima de burbuja proporciona un medio intuitivo y eficaz para medir la tensión superficial del líquido detectando la presión máxima durante la formación y separación de burbujas. Sus características en la medición dinámica y su funcionamiento relativamente simple le permiten seguir desempeñando un papel importante en la investigación básica y las aplicaciones industriales.