Phénomènes de surfaces : Expériences

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1 Phénomènes de surfaces : Expériences Mise en évidence de la tension superficielle A- Qualitativement Expérience n : pure n n 3 ou 4 gouttes de détergent n : Poser délicatement à la surface de l une épingle dégraissée. Observer : L épingle flotte sur l n. Ajouter 3 ou 4 gouttes de détergent. Observer. L épingle coule.. Interpréter : Les gouttes de détergent ont modifié la tension superficielle de l. La résultante des forces d attraction électrostatiques exercée par l additionnée de détergent est inférieure à la résultante des forces d attraction électrostatiques exercée par l pure sur l épingle. Expérience n : A étape n A étape n B B Tremper un cadre rectangulaire ou circulaire dans de l savonneuse. Un film occupe toute la surface du cadre.( étape n ) Percer le film à droite du fil AB.( étape n ) Observer. le fil AB se tend. Interpréter: Le film ( savonneuse) exerce une tension également répartie sur le fil AB et le tend. La forme courbe observée est due à la rigidité du cadre /6

2 Expérience n 3: Mettre de l pure dans un becher. Saupoudrer uniformément le surface de l avec du poivre.. Tremper une tige de verre dans de l pure, puis le mettre en contact avec la surface saupoudrée. Observer. Le poivre se répartit régulièrement sur l. Tremper un agitateur dans de l savonneuse, puis le mettre en contact avec la surface saupoudrée en un point A. Observer. Le poivre s éloigne de l agitateur. Interpréter: l savonneuse a abaissé la tension superficielle exercée par l en A et le poivre est attiré par la tension superficielle de l qui n a pas encore été modifiée B- Quantitativement Expérience n 4: Stalagmométrie Mesurer la tension superficielle en déterminant le poids ou le volume d une goutte au bout d un capillaire. Le poids de la goutte qui se détache est proportionnel au produit du rayon du capillaire par la constante de tension superficielle A. On compte le nombre de gouttes issues. Du volume V du liquide ( ), soit n, dont on connaît la constante de tension superficielle A.. Du volume V de liquide, soit n, dont on cherche la constante de tension superficielle A liquide étudié M: masse ρ: masse volumique V: volume étudié v: Volume d goutte n : nombre de gouttes alcool V = n v = n v or v = d où A = M M k A = et V = k A n = n ρ ρ ρ ρ A ρ n ρ n /6

3 Tension superficielle de quelques liquides au contact de l air. Liquide t en C A en mn/m Mercure Eau 0 73 Eau 80 6 Huile d olive 0 3 Benzène 0 9 Alcool 0 Air liquide -90 Expérience n 5: Déterminer la constante de tension superficielle A de quelques solutions.. Solutions de détergent de concentrations différentes.. Différents liquides: pure; alcool. a) Dispositif expérimental. dynamomètre ( 0,0N ) Cylindre en aluminium liquide A inconnu Boy Le cylindre doit être parfaitement dégraissé et séché après chaque mesure. Il faut déterminer le rayon moyen du cylindre. b) Principe de la mesure. Le cylindre étant hors du liquide on procède à la mise à zéro du dynamomètre. Le cylindre est ensuite à demi immergé ( on observera, au passage, le phénomène d aspiration) A l aide du boy on abaisse progressivement la boite de pétri jusqu à l arrachement et on note l indication du dynamomètre à ce moment là. Soit F la mesure. F Puisque A = et L = π R m L F alors A = 4 π R m avec: R m en m ; A en N/m ; F en N. 3/6

4 C- Tension superficielle dans la vie courante Expérience n 6: Pouvoir mouillant. Le pouvoir mouillant d'un liquide sur un corps dépend de la tension superficielle de ce liquide et des forces de cohésion entre ce liquide et ce corps.. Déposer sur une plaque de verre dégraissée une goutte d pure. Goutte d' sur une plaque de verre dégraissée Prendre une épingle sèche, percer la goutte d. Observer : Rien ne se passe Prendre une épingle trempée dans de l savonneuse, percer la goutte d. Observer :. La goutte s étale.. Prendre deux bechers et deux morcx de feutrine de même format. Dans chacun des bechers, poser le morc de tissu avec délicatesse à la surface du liquide. tissu tissu + détergent Observer : Dans l le morc de feutrine reste à la surface et dans l additionnée de détergent le morc de feutrine s imbibe de liquide et coule. Interpréter : Le détergent a modifié la tension superficielle du liquide Expérience n 7: Pouvoir émulsionnant. huile + détergent Agiter les deux tubes et laisser reposer. Observer : L émulsion obtenue avec l additionnée de détergent est plus stable 4/6

5 Expérience n 8: Pouvoir dégraissant. Placer au fond des bechers un morc de tissu imbibé d huile ( maintenir le tissu avec des masses) tissu imbibé d huile + détergent Gouttelettes d huile Observer : Dans le becher contenant l additionnée de détergent des gouttelettes d huile remonte à la surface. Interprétation : Les tensioactifs du détergent se sont glissés entre l huile et le tissu ce qui a diminué les forces de cohésions entre l huile et le tissu et donc a permis à l huile de se détacher. Expérience n 9: Capillarité. loi de Jurin Principe : Lorsqu'un tube capillaire plonge dans un liquide, on observe une dénivellation dans le tube. γ Cette dénivellation est donnée par la relation : h = r ρ g r : rayon intérieur du tube ρ : masse volumique du liquide γ : est le coefficient de tension superficielle. Les tubes ; ; 3 et 4 ont des diamètres croissants. Cette expérience peut-être faite avec de l colorée, puis avec de l alcool. Régler la distance entre les tubes pour obtenir une branche d'hyperbole. support 3 4 Observer: Par ascension capillaire, le liquide monte le long des parois des tubes d'autant plus que le diamètre est petit. 5/6

6 . A C Deux lames de verre dégraissées, maintenues par des pinces en A et B, et écartées par un carton léger en C, sont posées dans de l colorée. B colorée Observer : Par ascension capillaire, le liquide monte le long des parois d'autant plus qu'il est proche de l'arête AB Interprétation : Si l'on suppose que les conditions d application de la loi de Jurin sont vérifiées et la parfaite mouillabilité du verre ( vitres lisses et dégraissées avec de l alcool ou de l acétone), la courbe formée par la surface libre du liquide est une branche d'hyperbole, d'équation : A y = ρ α g x α : angle B formé par les deux plaques de verre. ρ : masse volumique du liquide, A : coefficient de tension superficielle. 6/6