Expérience 2 Effet des tensioactifs sur la tension superficielle

But

Comprendre et visualiser l’effet de la tension superficielle

Pratiquer des techniques pratiques de mesure de la tension superficielle.

Expérimenter et comprendre les effets des tensioactifs.

Arrière-plan

Nous appliquons des méthodes et des concepts scientifiques pour comprendre et manipuler les propriétés physiques du monde naturel. Une propriété cruciale qui a un impact sur divers systèmes est la tension superficielle des liquides.

En termes simplifiés, la tension superficielle résulte des attractions moléculaires observées à l’interface entre deux phases de vrac. La force à cette interface résulte du fait que les attractions intermoléculaires à l’intérieur du liquide sont plus fortes que celles entre les molécules de liquide et d’air. En conséquence, les molécules à la surface du liquide sont plus attirées par celles à l’intérieur du liquide que par celles dans l’air (voir figure ci-dessous). Ce phénomène fait que la surface du liquide se comporte comme une membrane élastique, semblable à un trampoline, s’efforçant de minimiser sa surface et de résister aux forces externes.

Qu’est-ce qu’un tensioactif ?

Le tensioactif est généralement composé de

Les parties polaires qui sont attirées vers (et qui sont solubles dans l’eau ou dans l’liquide) sont appelées hydrophiles et
Les parties non polaires qui repoussent l’eau (et ne sont pas solubles dans l’eau ou le liquide) sont appelées hydrophobes.

Lorsque des tensioactifs, avec des composants polaires et non polaires, sont introduits dans un système impliquant des forces opposées (telles que des interfaces air-eau ou huile-eau), les groupes hydrophiles migrent vers la phase aqueuse, tandis que les groupes hydrophobes s’éloignent de l’eau et se dirigent vers l’air ou l’huile. Cette action réduit la tension superficielle, car l’eau peut désormais interagir à la fois avec les autres molécules d’eau et les parties hydrophiles (attirant l’eau) du tensioactif.

En conséquence, les molécules d’eau ne sont plus étroitement liées les unes aux autres mais peuvent se propager sur une plus grande surface. Cet effet peut être observé lorsque des gouttes d’eau sur une surface perdent leur structure en forme de dôme lors de l’ajout d’un tensioactif.

Les tensioactifs sont largement utilisés, l’une de leurs applications les plus courantes étant les solutions détergentes. L’eau présente une tension superficielle relativement élevée par rapport aux autres liquides. Par conséquent, dans les processus de nettoyage, il est crucial de réduire la tension superficielle afin que l’eau puisse se répandre et mouiller efficacement les surfaces, ce qui lui permet d’adhérer et de dissoudre les impuretés pour les éliminer. Les produits chimiques qui y parviennent efficacement sont connus sous le nom d’agents tensioactifs ou tensioactifs, qui sont souvent appelés rendre l’eau « plus humide ».

Comment mesure-t-on la tension superficielle ?

L’une des méthodes les plus couramment utilisées pour mesurer la tension superficielle consiste à analyser la forme d’une gouttelette axisymétrique à l’aide de l’analyse de la forme de la goutte. Dans cette technique, une goutte suspendue à la pointe d’une aiguille présente une forme influencée à la fois par la force gravitationnelle et la tension superficielle.

Ces forces agissent en opposition : la gravité tente d’allonger la gouttelette, tandis que la tension superficielle s’efforce de maintenir sa forme sphérique. En quantifiant la force gravitationnelle et en observant la forme des gouttelettes résultantes, nous pouvons calculer la tension superficielle du liquide examiné.

Appareillage requis

1 seringue

2 Deux béchers de 100 ml

3 Détergent

4 Tige de verre

Procédure

Étape 1 - Remplissez les deux béchers

Remplissez les deux béchers avec 75 ml d’eau. Ajoutez 2 ml de détergent dans l’un des béchers à l’aide d’une seringue. Mélangez la solution détergente à l’aide d’une tige de verre.

Étape 2 - Ouvrez l’application

Ouvrez le L’application Droplet Lab sur l’ordinateur.

Étape 3 - Réglez la densité et le diamètre de l’aiguille

Réglez la densité et le diamètre de l’aiguille à 0,998 g/ml (densité de l’eau) et 1,8 mm (aiguille utilisée), respectivement.

Étape 4 - Remplissez la seringue d’eau

Remplissez la seringue d’eau. Verrouillez la seringue dans le porte-seringue une fois qu’elle est remplie. Astuce : Assurez-vous que la position de la pointe de l’aiguille se trouve au milieu de la fenêtre en direct de l’écran, comme indiqué ci-dessous.

Étape 5 - Générez lentement une goutte avec la seringue

Générez lentement une goutte avec la seringue. La situation idéale pour la mesure de la goutte est de viser le moment où la goutte est sur le point de se détacher de la pointe de l’aiguille.

Étape 6 - Ajustez la qualité de l’image

Ajustez la qualité de l’image (y compris l’état de la lumière et la distance de mise au point) à l’aide des deux filtres dans le coin supérieur droit. Une fois que nous avons une image appropriée, cliquez sur une image en appuyant sur le bouton orange au centre du bord inférieur.
i. Astuce : Si vous ne pouvez pas vous concentrer sur la gouttelette ou son flou, éloignez le porte-seringue du téléphone.

Étape 7 - Calibrer l’image

Calibrez l’image de la goutte.

Étape 8 - Allez dans l’interface de mesure

Allez dans l’interface de mesure en cliquant sur l’image de chute. Faites glisser la ligne horizontale orange au milieu de l’aiguille.

Étape 9 - Faites glisser les 2 barres rouges verticales vers l’aiguille

Faites glisser les 2 barres rouges verticales vers l’aiguille. Et puis cliquez sur le bouton bleu calibrer à côté du bouton calculer. Une fois le calibrage effectué, faites glisser la ligne horizontale vers le point de contact entre l’aiguille et la gouttelette.

Questions et découverte

Selon vous, quel liquide a les interactions moléculaires les plus fortes ? En d’autres termes, quel liquide peut tenir le plus fort sur lui-même ?