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Phasen und Grenzflächen

Bestimmung der Oberflächenspannung: Wilhelmy-Plättchen-Methode

Die Bestimmung der Oberflächenspannung nach der Wilhelmy-Plättchen-Methode beruht auf der Messung der Kraft an einem dünnen Plättchen das in Berührung mit der Oberfläche der zu untersuchenden Flüssigkeit gebracht wird.

Ein dünnes Plättchen aus Glas oder Platin oder ein Stück Filterpapier hängt frei beweglich am Ende eines Wagebalkens. Das Plättchen wird mit seiner unteren Kante senkrecht auf die Oberfläche einer benetzenden Flüssigkeit aufgesetzt. Genau wie in einer Kapillare bei Berührung mit einer benetzenden Flüssigkeiten eine Flüssigkeitssäule nach oben steigt, zieht sich durch die Benetzung der Platte eine dünne Flüssigkeitslamelle an dem Plättchen nach oben. Durch die zusätzliche Gewichtskraft der Flüssigkeitslamelle wird das benetzte Plättchen in die Flüssigkeit gezogen. Die damit verbundene Kraft wird durch eine Waage registriert. Gemessen wird die Kraft F die notwendig ist, um die auf das Plättchen senkrecht nach unten wirkende Komponente der Oberflächenkraft zu kompensieren und das Plättchen in seiner ursprünglichen Position zu halten

Abb.1
Prinzip der Wilhelmy-Methode

Das Plättchen setzt gerade auf der Oberfläche der Flüssigkeit auf. Es hat die Dicke b , die Höhe h und die Länge l .

Wenn das Plättchen einen rechteckigen Querschnitt der Länge l und der Dicke b hat, so ist die Kraft Fσ, mit der die Flüssigkeitslamelle das Plättchen aufgrund der Oberflächenspannung in die Lösung zieht, gegeben durch folgende Gleichung:

Fσ = 2 ( l + b ) σ cos ( Θ K ) Θ K : Rand- oder Kontaktwinkel der Flüssigkeit am Plättchen

Die erforderlichen Werte in der Gleichung sind mit Ausnahme des Randwinkels Θ K leicht bestimmbar. Der Randwinkel muss gesondert gemessen werden, wenn das Plättchen von der Flüssigkeit nicht vollständig benetzt wird. Bei aufgerauten Platin- oder Glasplättchen ist erfahrungsgemäß der Randwinkel näherungsweise Θ K = 0 ° . Lässt man die Platte in die zu untersuchende Flüssigkeit eintauchen, so ist zusätzlich der Auftrieb zu berücksichtigen.

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