TP7 Mesure de la tension superficielle

Définition

effet de peau »). c'est une force par unité de longueur, exprimée en N/m. Entre

un milieu dense et un gaz, on parle plutôt de tension superficielle, de tension de surface ou d'énergie de

surface.

Cet effet permet par exemple aux insectes de marcher sur l'eau, à un trombone de se maintenir à la surface

d'un liquide , à la rosée de ne pas s'étaler sur les pétales de fleurs. La tension superficielle explique aussi la

capillarité, la formation des bulles de savon et la coalescence des gouttes ou des bulles.

Mise en évidence

On attache un fil légèrement détendu métallique On pose ans un récipient contenant de l'eau dans laquelle on a dilué un peu de liquide vaisselle, afin de créer un film de savon,

Rompre la partie inférieure de la bulle pour montrer que la force de tension superficielle qui minimise

la partie supérieure est assez grande pour soulever le fil.

Mesure de la tension superficielle

Il est capital dans l'industrie de connaître la tension superficielle d'un matériau. En effet, plus celle-ci est

élevée plus le matériau sera apte à être imprimé ou collé par exemple. Au contraire plus le matériau a un

niveau de tension de surface bas, plus il servira de filtre (hydrophobe voire oléophobe). La notion de tension

superficielle est omniprésente notamment dans les industries du plastique, de la céramique ou du métal.

Vous allez mettre en pratique au moins 2 techniques pour mesun liquide (96%) à 20°C ou un mélange eau-éthanol (40%) à 20°C distillée à

Ȗ eau = 72,8 . 10-3 N.m-1 )

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Mot clé : tensioactifs ʹ mousses

solide : le phénomène de mouillage

Mise en évidence expérimentale

mêmes : Selon la nature du solide et du liquide, les phénomènes observés sont différents.

Ligne et angle de raccordement Mouillage

Un phénomène dynamique

instant donné, en équilibre sur la surface solide. Parfois cet

équilibre est impossible : on

parle alors de mouillage parfait. Cette situation fait intervenir trois phases : liquide, solide, gaz (air).

ș peut facilement, mais imparfaitement,

être mesuré. Nous pouvons distinguer quatre cas de figure : Le liquide est parfaitement mouillant pour la surface

Le liquide mouille imparfaitement la surface

Le liquide est imparfaitement non mouillant.

Le liquide est parfaitement non mouillant.

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Méthode 1 : Méthode de pesée de goutte.

Cette méthode consiste à peser une goutte qui tombe d'un capillaire de rayon connu. En première

approximation, les forces qui s'appliquent sur la goutte sont son poids, ܲ tension superficielle Ȗ au niveau du capillaire, ܨൌʹߨݎߛ

détache, le poids de la goutte est égal aux forces capillaires, P = F. On retrouve la loi de Tate,

Connaissant la masse m de la goutte, on peut remonter à la tension de surface . Matériel : balance au 1/100ème , un bécher, une burette graduée, eau et éthanol.

Donnée : g = 9,81 N.kg-1

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Méthode 2 : Méthode du stalagmomètre

Soit ߛ

On doit étalonner le stalagmomètre avec un liquide de Ȗ : ߛ En faisant le rapport de ces deux expressions on obtient ఊ Matériel : un bécher, une burette graduée, eau et éthanol.

Données : ȡ-3

ȡ (96%) = 0,810 g.cm-3

ȡ éthanol (40%) = 0,948 g.cm-3

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Méthode 3 : Méthode d'arrachement

Un anneau métallique de rayon accroché à un dynamomètre est immergé dans un liquide qui le mouille

parfaitement. Pour l'arracher du liquide, il faut vaincre, au voisinage de la surface libre, une force d'intensité

F = 4 R .

Mode opératoire

Placer un petit cristallisoir rempli d'eau sur un support élévateur et suspendre le dynamomètre au-dessus du liquide. Suspendre l'anneau à l'extrémité inférieure du dynamomètre et relever son indication (anneau dans l'air). Immerger complètement l'anneau en relevant le support. Abaisser lentement le support afin de sortir l'anneau du liquide. Le Relever la valeur de la force sur le dynamomètre, au moment où l'anneau de détache du liquide. tension superficielles. En déduire la tension superficielle du liquide.

Matériel : un petit cristallisoir, un dynamomètre précis à 0,01 N sur un support, un anneau en plastique, un

support élévateur, eau et éthanol.

Donnée : R anneau = m

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Méthode 4 : Méthode du mouillage de la goutte

Avec la web cam, établir et réaliser un protocole pour étudier le mouillage des liquides sur les surfaces

disponibles et en déduire qualitativement un classement des liquides en fonction de leur tensions

superficielles ȖSL

Matériel : eau distillé ; éthanol 96% ; eau avec du liquide vaisselle ; plaque en verre, plaque en plastique,

surface en téflon.

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