Тарелка Вильгельми

Пластина Вильгельми представляет собой тонкую пластину, которая используется для измерения равновесной поверхности или межфазного натяжения на границе раздела воздух-жидкость или жидкость-жидкость. В этом методе пластину ориентируют перпендикулярно границе раздела и измеряют действующую на нее силу. Основываясь на работах Людвига Вильгельми , этот метод находит широкое применение при подготовке и контроле лэнгмюровских пленок.

Подробное описание

Пластина Вильгельми представляет собой тонкую пластинку, площадь которой обычно составляет несколько квадратных сантиметров. Пластина часто изготавливается из фильтровальной бумаги, стекла или платины , которой можно придать шероховатость для обеспечения полного смачивания . Фактически результаты эксперимента не зависят от используемого материала, главное, чтобы материал смачивался жидкостью. ^[1] Пластина тщательно очищается и прикрепляется к весам тонкой металлической проволокой. Силу, действующую на пластину вследствие смачивания, измеряют с помощью тензиометра или микровесов и используют для расчета поверхностного натяжения ( $\gamma$ ) с помощью уравнения Вильгельми :

\gamma ={\frac {F}{l\cos(\theta )}}

где $l$ смоченный периметр ( $2w+2d$ ), $w$ ширина пластины, $d$ - толщина пластины, а $\theta$ – угол контакта между жидкой фазой и пластиной. На практике угол контакта измеряется редко; вместо этого используются либо литературные значения, либо полное смачивание ( $\theta =0$ ) предполагается. ^[2]

В целом поверхностное натяжение можно измерить с высокой чувствительностью, используя очень тонкие пластины толщиной от 0,1 до 0,002 мм. Устройство калибруется с использованием чистых жидкостей, таких как вода и этанол. Регулировка плавучести сводится к минимуму за счет использования тонкой пластины и ее минимального погружения. Смачивание платиновой пластины водой достигается за счет использования имеющихся в продаже платиновых пластин, которым придали шероховатость для улучшения смачиваемости. ^[3]

Преимущества и краткое описание

Если предполагается полное смачивание (угол контакта = 0), то для расчета поверхностного натяжения при использовании пластины Вильгельми, в отличие от кольца Дю Нуи , не требуются поправочные коэффициенты . Кроме того, поскольку пластина не перемещается во время измерений, пластина Вильгельми позволяет точно определять кинетику поверхности в широком диапазоне временных масштабов и демонстрирует низкую дисперсию оператора. В типичном эксперименте с пластинкой пластинку опускают к анализируемой поверхности до образования мениска, а затем поднимают так, чтобы нижний край пластинки лежал в плоскости невозмущенной поверхности. При измерении скрытой границы раздела вторая (менее плотная) фаза затем добавляется поверх ненарушенной первичной (более плотной) фазы таким образом, чтобы не повредить мениск. Затем силу равновесия можно использовать для определения абсолютного поверхностного или межфазного натяжения. Из-за большой смачиваемой площади пластины измерения менее подвержены ошибкам, чем при использовании датчика меньшего размера. Кроме того, метод описан в нескольких международных стандартах измерений.

См. также

Дальнейшее чтение

Холмберг, К. (ред.) Справочник по прикладной поверхностной и коллоидной химии, Нью-Йорк, Wiley and Sons: 2002. Vol. 2, с. 219

Ссылки

^ Батт, Ханс-Юрген; Граф, Карлхайнц; Каппль, Майкл (2006). Физика и химия интерфейсов (2-е изд. и англ. изд.). Вайнхайм: Wiley-VCH-Verl. п. 16. ISBN 9783527406296 .
^ «Калькуляторы метода Вильгельми-Платы | Список калькуляторов метода Вильгельми-Плате» . www.calculatoratoz.com . Проверено 29 мая 2024 г.
^ Берди, Канзас (2 декабря 2013 г.). Основы химии поверхности . Бока-Ратон: CRC Press. дои : 10.1201/b16117 . ISBN 978-0-429-10819-8 .

[1] Батт, Ханс-Юрген; Граф, Карлхайнц; Каппль, Майкл (2006). Физика и химия интерфейсов (2-е изд. и англ. изд.). Вайнхайм: Wiley-VCH-Verl. п. 16. ISBN 9783527406296 .

[2] «Калькуляторы метода Вильгельми-Платы | Список калькуляторов метода Вильгельми-Плате» . www.calculatoratoz.com . Проверено 29 мая 2024 г.

[3] Берди, Канзас (2 декабря 2013 г.). Основы химии поверхности . Бока-Ратон: CRC Press. дои : 10.1201/b16117 . ISBN 978-0-429-10819-8 .

[1]

[2]

[3]