Файл: Болдырев, А. И. Физическая и коллоидная химия учеб. пособие.pdf

Вязкость является величиной, характерной для данной жидкости

(табл. 8).

Жидкости, подчиняющиеся уравнению (1,49), получили название ньютоновских. Однако есть жидкости, которые не подчиняются этому уравнению — например, растворы высокомолекулярных соединений.

Вязкость жидкостей в значительной степени зависит от темпера­ туры: с повышением ее вязкость жидкости понижается'(табл. 9).

Величина, обратная вязкости, т. е. 1/г], называется текучестью.

Как видно из табл. 8, эфир, этиловый спирт являются легкотеку­ чими или легкоподвижными, а глицерин, деготь — труднотекучими, или, иначе, малоподвижными жидкостями.

Значение явления вязкости в природе очень велико. В биологи­ ческих системах она влияет на протекание ряда важнейших процессов в живом организме. Большую роль вязкость играет в различных техно­ логических процессах в промышленности. В частности, скорость дви­ жения различных жидкостей по трубам в основном зависит от вязко­ сти транспортируемой жидкости.

С понижением вязкости жидкости при нагревании связано повыше­ ние электропроводности растворов электролитов (проводников второго рода).

Существует несколько методов определения вязкости, из которых мы рассмотрим наиболее широко распространенные.

Капиллярный метод. Приборы, применяемые для измерения вязкости, назы­ ваются вискозиметрами. Определение вязкости можно производить по скорости истечения жидкости через трубки малого диаметра (капилляры). Для ламинар­ ного протекания жидкости в капиллярах существует зависимость, которая уста­ новлена Пуазейлем:

где V — объем жидкости, вытекающей из капилляра, см3', г — радиус капилляра, см; Р — сила, под действием которой движется жидкость, дн; t — время проте­ кания, сек; I — длина капилляра, см.

Отсюда

— 59 —

Как и при определении поверхностного натяжения, пользуются методом сравне­ ния. В качестве стандартной жидкости применяют дистиллированную воду. Если принять, что I] — коэффициент вязкости испытуемой жидкости, d — ее плот­ ность, t — время истечения, а для воды соответственно обозначить эти величины г],,, (if, и то можно записать:

Зная время истечения некоторого объема воды (по секундомеру) и такого же объема исследуемой жидкости, а также ее плотность (плотность воды можно при­ нять за единицу), по формуле (1,54) можно определить вязкость исследуемой жид­ кости. В практике учебных и научных лабораторий наибольшее распростране­ ние получил вискозиметр Оствальда, который изображен на рис. 32.

Метод падающего шарика. Шарик из известного металла под действием силы тяжести падает в вязкой среде. Падающий шарик встречает значительное сопро­ тивление, величина которого по Стоксу (1851) выражается формулой:

В жидкости падающий шарик находится под действием двух противополож­ ных сил. Сверху вниз действует сцла тяжести шарика /у, которая равна произве­ дению его объема на его плотность и на ускорение силы тяжести:

— 60 —

где г — радиус шарика, см, D — плотность шарика, г/смп, g — ускорение силы тяжести.

Пользуясь последней формулой, можно определить вязкость жидкостей, находя опытным путем скорость падения шарика определенного веса и радиуса в данной жидкости (рис. 33).

На законе Стокса основан механический анализ почв и грунтов.^Если взму­ тить суспензию и оставить ее затем в спокойном состоянии, взмученные частицы постепенно осядут. Быстрее будут осаждаться более крупные по размерам части­ цы как более тяжелые. Зная скорость осаждения частиц различного диаметра, можно взять пробы почвенной суспензии с определенной глубины (по истечении различных сроков после взмучивания) и определить механический состав иссле­ дуемой почвы.

На указанных зависимостях построена работа сепараторов в молочной про­ мышленности и центрифуг, используемых в биологии и медицине.

Метод вращающего цилиндра. Два концентрических цилиндра погружают вертикально в жидкость так, чтобы между ними находился слой этой жидкости. При вращении внешнего цилиндра с постоянной скоростью жидкость также начи­ нает вращаться и передает вращение внутреннему цилиндру, который подвешен на упругой нити. Измерив угол закручивания внутреннего цилиндра а, а также угловые скорости вращения ш внешнего цилиндра в двух различных жидкостях,

Конструкции такого типа вискозиметров в настоящее время довольно широко распространены в научных и заводских лабораториях.

. § 16. Испарение и кипение жидкостей

Молекулы жидкости находятся в непрерывном движении. Одна­ ко не все они движутся с одинаковыми скоростями. Некоторая часть молекул обладает избыточным по сравнению со средним значением ко­ личеством энергии и имеет большую скорость. Эти молекулы, дости-

— 61 —

пая концентрация пара. Пар, находящийся в равновесии с жидкостью, называется насыщенным, а давление, которое он производит, — дав­ лением насыщенного пара (рис. 34).

Таким образом, при постоянной температуре давление насыщенно­ го пара данного вещества является величиной постоянной и характер­ ной для него. При повышении температуры давление насыщенного пара

Температура кипения жидкости изменяется с изменением внешнего давления. Если уменьшить последнее, то давление пара над жидкостью сравняется с внешним давлением при меньших значениях температуры, т. е. жидкость в данном случае будет кипеть при более низкой темпе­

Различают удельную теплоту испарения (отнесенную к одному грамму вещества) и мольную теплоту испарения (т. е. теплоту испарения одно­ го моля). Мольная теплота испарения при температурах кипения под атмосферным давлением Lmin различных жидкостей прямо пропорци

кип

где КК1Ш— постоянная величина для неассоциированных жидкостей, приблизительно равная 21—22. Это уравнение позволяет вычислить Т 1Ши, если LKIin известно, и наоборот.

— 63 —