Determinarea coeficientului de tensiune superficiala a lichidelor biologice

I. Notiuni teoretice

_O substanta lichida este separata de atmosfera inconjuratoare (in care se gasesc si vaporii sai) printr-o patura superficiala. Moleculele din patura superficiala se gasesc in conditii care se deosebesc de cele din interiorul lichidului astfel:

Figura 10.1. Moleculele din patura superficiala se gasesc in conditii diferite data de moleculele din interiorul lichidului: (a1) molecula situata in interiorul lichidului,

(a2) molecula situata in stratul superficial.

- fiecare molecula din interiorul lichidului este inconjurata complet de moleculele lui. Corespunzator, fortele de interactiune care se manifesta intre aceasta molecula si moleculele vecine sunt repartizate aproximativ simetric. Rezultanta acestor forte este apropiata de zero si influenteaza putin miscarea moleculelor in interiorul lichidului.

- moleculele de la suprafata se gasesc la limita de separare intre starea lichida si atmosfera inconjuratoare. Ele interactioneaza concomitent cu moleculele din cele doua stari astfel incat rezultanta fortelor de interactiune este indreptata spre interiorul lichidului.

Forte de tensiune superficiala apar ca rezultat macroscopic al fortelor de interactiune intre moleculele lichidului. Fortele de tensiune superficiala sunt tangente la suprafata lichidului si actioneaza in sensul micsorarii ei.

Marimea fizica care caracterizeaza lichidul din acest punct de vedere se numeste coeficient de tensiune superficiala (s Acesta se poate defini in doua moduri:

coeficientul de tensiune superficiala este numeric egal cu lucrul mecanic efectuat de fortele de tensiune superficiala pentru a marii suprafata lichidului cu o unitate:

sau

coeficientul de tensiune superficiala este numeric egal cu forta de tensiune superficiala care se exercita asupra unitatii de lungime:

_La suprafata de contact solid - lichid apar de asemenea forte de atractie moleculara care au fost denumite forte de adeziune. Din experienta se stie ca unele lichide uda peretii solidelor cu care intra in contact iar altele nu, aceasta depinzand de valorile fortelor de coeziune si de adeziune.

Figura 10.2. Forma pe care o ia o picatura de lichid, pentru un lichid care nu uda peretii vasului si pentru un lichid care uda peretii vasului.

Daca fortele de coeziune F_c sunt mai mari decat fortele de adeziune F_a atunci lichidul nu uda solidul cu care este in contact, unghiul de racordare a I (90⁰,180⁰). Daca fortele de coeziune F_c sunt mai mici decat fortele de adeziune F_a atunci lichidul uda solidul cu care este in contact iar a I (0⁰,90⁰).

Valoarea unghiului a depinde de compozitia chimica a solidului, lichidului si gazului; de puritatea celor trei componenti; de temperatura.

Referat: Vitaminele - surse alimentare de vitamine Referat: 41 de sfaturi pentru viata lunga recomandate de doctor

_Daca turnam un lichid intr-un vas marginea suprafetei lichidului o sa primeasca o forma determinanta. Se numeste menisc suprafata libera curbata a unui lichid in vecinatatea unui corp solid. Pentru un lichid care nu uda peretii vasului suprafata meniscului este convexa, iar pentru un lichid care uda peretii vasului suprafata meniscului este concava.

Figura 10.3. Forma suprafetei meniscului in cazul a doua lichide:

mercur - suprafata convexa (stanga), apa - suprafata concava (dreapta).

_In cazul unui tub capilar, ascensiunea capilara (h), adica inaltimea la care urca lichidul este data de urmatoare relatie:

unde: r = este densitatea lichidului

s = coeficientul de tensiune superficiala

r = raza capilarului

h = ascensiunea capilara

Figura 10.4. Lichid care urca intr-un tub capilar.

II. Parte experimentala

Determinarea coeficientului s pentru lichide biologice

A. Metoda stalagmometrica

Este o metoda dinamica de determinare a tensiunii superficiale a unui lichid biologic constand in numararea picaturilor ce se formeaza la curgerea unui volum bine determinat de lichid printr-un orificiu capilar. Pornind de la conditia de desprindere a unei picaturi se poate determina expresia coeficientului de tensiune superficiala:

 

(1)

unde:  K = constanta ce depinde de tipul stalagmometrului utilizat

ρ = densitatea lichidului

n = numar de picaturi

Dispozitivul experimental folosit (stalagmometrul) este prezentat in figura 10.5. Este alcatuit dintr-un tub de sticla prevazut cu doua portiuni capilare, una verticala (A) si una orizontala (B), un tub vertical (C) ce prezinta un rezervor de volum V si un sistem de aspiratie (D) alcatuit dintr-un tub de cauciuc, un tub de sticla prevazut cu un orificiu lateral si o para de cauciuc.

Figura 10.5. Dispozitivul experimental pentru determinarea coeficientului

de tensiune superficiala (metoda stalagmometrica).

In cazul in care nu cunoastem constanta K, pentru determinarea lui s este necesar folosirea unui lichid de referinta pentru care cunoastem s₀ si r_0. Astfel relatia (1) de determinare a lui s devine:

 (2)

Mod de lucru

Se aspira lichidul de referinta in stalagmometru pana deasupra diviziunii R₂. Se lasa apoi sa curga liber lichidul si se numara picaturile ce se formeaza la curgerea acestuia intre cele doua repere R₂ si R_1. Se inlocuieste lichidul de referinta (apa distilata) cu lichidul de studiu si se repeta procedeul prezentat mai sus. Pentru calcul coeficientului de tensiune superficiala se va folosi relatia (2). Se vor efectua 15 determinari pentru fiecare lichid in parte iar datele experimentale se vor introduce in tabelul de mai jos.

B. Metoda ascensiunii capilare

Este o metoda foarte simpla de determinate a coeficientului de tensiune superficiala ce se bazeaza pe faptul ca ascensiunea capilara (inaltimea la care urca un lichid) pentru un tub capilar este data de relatia:

Metoda presupune folosirea a doua tuburi capilare de diametre diferite D₁ si D₂ pe care le imersam intr-un lichid (figura 10.6) al carui coeficient de tensiune superficiala dorim sa-l determinam.

  

Figura 10.6. Dispozitivul experimental pentru determinarea coeficientului

de tensiune superficiala (metoda ascensiunii capilare)

Notand cu h₁ si h₂ inaltimile la care urca lichidul in cele doua capilare si considerand ca D₁ > D₂ putem scrie urmatoarele relatii:

,      

de unde, prin diferenta, se obtine expresia coeficientului de tensiune superficiala:

 (3)

Diametrele D₁ si D₂ respectiv diferenta de nivel h₂-h₁, se vor determina la un microscop prevazut cu un micrometru ocular, mai intai in diviziuni, iar apoi folosind relatiile de mai jos se vor face transformarile in microni (mm): 

,   

Cu valorile astfel determinate se calculeaza s din relatia (3).