ETUDE DE LA TENSION SUPERFICIELLE D'UN LIQUIDE

1 - M�thode de la lame :

1.1- Principe :

Une lame parfaitement propre d'�paisseur constante e, de longueur L (e � L) est plong�e dans un liquide mouillant. Le liquide exerce sur elle une force d'attraction qui d�pend de la nature du liquide et de la longueur de la lame. 

Le module de la force est donn� par :  F = 2 g  L  

A est le coefficient de tension superficielle ; il varie avec la temp�rature et il d�pend fortement des impuret�s.
On utilisera une lame de platine de longueur 2 cm immerg�e dans diff�rents liquides. La mesure de F se fera avec une balance de torsion, soit par arrachement, soit par la m�thode de la lame immerg�e.

1.2- Manipulation et R�sultats :

Le liquide � �tudier est plac� dans un cristallisoir parfaitement propre, pos� sur un support � cr�maill�re. Avant chaque essai, nettoyer la lame de platine et la passer � la flamme soulever le cristallisoir pour amener le liquide en contact avec la lame ;celle-ci est attir�e fortement ; descendre alors lentement le r�cipient et noter la plus grande valeur atteinte par l'index lumineux juste avant l'arrachement de la lame. L'intensit� de la force est donn�e en dynes; (1 dyne = 10-5 N) ; faire plusieurs essais � la temp�rature ambiante.
En d�duire la valeur du coefficient de tension superficielle g.

2- Loi de Jurin :

2.1- Principe : 

Lorsqu'un tube capillaire plonge dans un liquide, on observe une d�nivellation dans le tube.
Cette d�nivellation est donn�e par la relation :  h = 2 g / r r g      .
r = rayon int�rieur du tube
r = masse volumique du liquide
g est le coefficient de tension superficielle

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2.2- Manipulation et R�sultats :

A l'aide d'un cath�tom�tre viser le bas du m�nisque (au pr�alable aspirer lentement celui-ci, puis le laisser prendre sa position d'�quilibre), puis le niveau du liquide dans la cuve.
Pour chaque liquide, faire au moins trois essais concordants en remplissant un tableau de mesures et calculer la valeur moyenne de h.
En d�duire la hauteur h.
Faire plusieurs essais en s'assurant de la propret� des tubes et de la cuve.
En d�duire la valeur du coefficient de tension superficielle pour diff�rents liquides (eau distill�e, �thanol, m�thanol, propan-1-ol, propan-2-ol).
Conclusion.

 3- M�thode du di�dre
      

On remplace le tube capillaire par un dispositif form� de deux plaques en verre formant un di�dre selon le sch�ma ci-dessous. Les deux plaques sont maintenues par une pince large (type pince � dessin) sur l'ar�te du di�dre. La cale peut �tre un fil m�tallique calibr�, ou un clou, de diam�tre environ 1 mm.
On observe alors que la surface du liquide entre les deux plaques forme une courbe (hyperbole).
La d�nivellation est inversement proportionnelle � la distance d entre les plaques.
On peut montrer que cette d�nivellation est donn�e par la relation :

3.1- Manipulation et r�sultats
  • Veiller � ne pas toucher les surfaces des plaques en verre avec les doigts.

Nettoyer soigneusement les deux plaques en verre et le cristallisoir, � l'aide d'ac�tone et de papier essuie-tout. Laisser s�cher.
Mesurer l'�paisseur de la cale � l'aide d'un palmer : e =
Former un di�dre avec les deux plaques de verre � l'aide de la pince et de la cale.
Mesurer la distance entre la cale et l'ar�te du di�dre : z =
Poser le di�dre dans le cristallisoir (on peut le maintenir verticalement par une pince de chimie fix�e sur un support).
Verser environ 100 mL d'eau distill�e dans le cristallisoir en laissant couler l'eau entre les plaques.
Observer la surface libre du liquide entre les plaques et marquer quelques points de cette surface � l'aide du marqueur.
Mesurer la hauteur du liquide dans le cristallisoir � l'aide du r�glet : H = 
Sortir les plaques et les poser sur un papier essuie-tout.
Placer la plaque marqu�e sur une feuille de papier millim�tr�, le bord vertical sur l'axe des y et le bord inf�rieur parall�le � l'axe des x et � une ordonn�e �gale � - H de telle sorte que l'axe des x se trouve au niveau de la surface libre lors de l'exp�rience.
Mesurer l'abscisse x et l'ordonn�e y des points marqu�s et remplir le tableau.

x (mm)

 

 

 

 

 

 

y (mm)

 

 

 

 

 

 
 

3.2- Interpr�tation
 � l'aide du logiciel REGRESSI� , entrer les mesures (en m�tre), tracer le graphique y =f(x) et mod�liser y = K/x 
On admettra que l'eau et les liquides �tudi�s dans ce TP ont un angle de raccordement q �gal � z�ro.
Noter la valeur de K obtenue.
En d�duire la tension superficielle du liquide g = 
Imprimer (Tableau, Commentaire, Mod�lisation et Graphique).

R�sultats :  

 

Un tableur grapheur permet de mod�liser la courbe exp�rimentale y = f(x) 
et d'en d�duire la valeur de la tension superficielle g .
Voici les r�sultats obtenus lors d'un premier essai 
avec de l'eau d�min�ralis�e (z = 90mm ; e = 2,5 mm) :

Le r�sultat de la mod�lisation par la relation 
y(x)=2� g � z/(1000� 9,81� e� x) donne :

g = 0,0706 �0,0024 N� m- 1 (�cart relatif 4,3%)

�tude d'une solution de d�tergent  

La m�thode pr�c�dente peut s'appliquer � l'�tude de la variation de la tension superficielle d'une solution aqueuse de d�tergent en fonction de son pourcentage. 
On peut partir d'une solution m�re en diluant au 1/100 un "produit � vaisselle" commercial.
Cette solution servira � obtenir les solutions �tudi�es par dilutions suivantes.
Les r�sultats obtenus sont repr�sent�s sur le graphique ci dessous o� p est le pourcentage volumique de d�tergent commercial.

On observe que la tension superficielle de la solution tend rapidement vers une limite 
("quelques gouttes suffisent").

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