LABORATOR DE BAZELE ECOLOGIEI

MONITORIZAREA CALITĂŢII APELOR PRIN MĂSURĂTORI DE TENSIUNE SUPERFICIALĂ

Numim suprafaţa unui corp, sau a unei faze materiale, mulţimea punctelor sale

de frontieră. Proprietăţile moleculelor aflate pe frontiere se deosebesc de cele ale

moleculelor din volum.

Presupunem ca AB este suprafaţa de separaţie între o fază lichidă “l” şi o fază

gazoasă “G”.

Molecula din interiorul lichidului suportă o acţiune uniformă din partea celor care

o înconjoară, rezultanta acestor forţe fiind nulă. În cazul moleculei de pe frontieră, forţele

ce acţionează asupra ei nu sunt uniform distribuite, ele sunt concentrate spre interiorul

fazei dense şi de-a lungul suprafeţei deoarece în faza gazoasă numărul de molecule din

unitatea de volum este mult mai mic. O astfel de distribuţIe a forţelor acţionează ca o

presiune asupra lichidului.

Cantitatea de lucru necesară pentru creşterea suprafeţei unui corp lichid cu

un cm2 se numeşte tensiune superficială, λ.

dW=σ dA

Prin convenţie, se măsoară în dyne cm-1 adică apreciata ca forţa /suprafaţă =

tensiune sau ergi cm-2 adică apreciată ca energie (lucru) pe suprafaţă.

1

LABORATOR DE BAZELE ECOLOGIEI

Detergenţii sunt substanţe tensioactive, surfactanţi, adică reduc tensiunea

superficială a soluţiilor uşurând procesele de curăţire şi udabilitate.

Din acest motiv sunt utilizate in cantităţi din ce în ce mai mari atât în consumul

casnic cât şi industrial. În general conţin trei componenţi de bază: substanţa

tensioactivă, parfumuri şi substanţe oxidante ca înălbitori. Dintre detergenţi, cei mai

toxici pentru biosfera acvatică sunt cei cationici care distrug microflora bacteriană şi

algele ceea ce duce la scăderea cantităţii de hrană pentru fauna acvatică iar pe de altă

parte inhibă activitatea bacteriilor descompunătoare ceea ce duce la încetinirea

procesului natural de autopurificare a apelor.

Cei mai utilizaţi detergenţi sunt cei anionici, cei mai puţin toxici si destul de

biodegradabili, exemplu alchil sulfonatul liniar este biodegradabil în proporţie de 90%. În

ţarile uniunii europene este legiferată interzicerea producerii detergenţilor

nebiodegradabili, sau pe bază de fosfaţi.

Una dintre problemele legate de monitorizarea calităţii apelor este cea legată de

determinarea încărcăturii de compuşi tensioactivi nebiodegradabili.

O posibilitate rapidă de determinare a acestei încărcături constă în măsurarea

tensiunii superficiale a apelor naturale.

SCOPUL ŞI PRINCIPIUL LUCRĂRII

Determinarea tensiunii superficiale a câtorva soluţii ce conţin diferite substanţe

tensioactive; determinarea influenţei concentraţiei tensioactivului asupra tensiunii

superficiale. Determinarea conţinutului de surfactant într-o apă naturală ce trece prin

apropierea unei uzine textile.

MATERIALE ŞI METODICA

Materiale: Patru soluţii cu diferite substanţe tensioactive, de concentraţii diferite.

Apă naturală. Aparat pentru determinarea tensiunii superficiale prin metoda “cu cadru”

Dunouy, termometru.

2

LABORATOR DE BAZELE ECOLOGIEI

Mod de lucru

1. Se introduce apa distilată în cuva aparatului pentru determinarea tensiunii

superficiale;

2. Se măsoară temperatura apei / soluţiei;

3. Prin acţionarea butonului lateral al stativului se introduce inelul în apă până la

jumătate din înălţimea sa;

4. Se aşteaptă un minut ca sistemul să fie în repaus;

5. Se coboară stativul foarte lent astfel încât inelul să se ridice uşor;

6. Se notează valoarea citita pe dinamometrul tensiometrului în momentul în

care inelul se desprinde de suprafaţa libera a soluţiei (cea mai mare valoare

citită).

7. Se repetă încercarea de trei ori cu mare atenţie si se consideră media celor

trei citiri.

8. Se aranjează recipienţii cu soluţii de substanţe tensioactive în ordinea

crescătoare a concentraţiilor;

9. Se introduc, pe rând, soluţiile de analizat în cuva aparatului începând cu

concentraţia cea mai mică, pentru determinarea tensiunii superficiale fără

3

LABORATOR DE BAZELE ECOLOGIEI

spălări intermediare ale cuvei şi inelului; după măsurătoare soluţia se toarnă

în recipientul din care a fost luată cu grijă astfel încât să nu se amestece

soluţiile;

10.Se reiau operaţiile 3-6 până la terminarea măsurătorilor.

11.Se spală cu grijă vasul si inelul şi se clăteşte cu apă de la robinet;

12.Se reiau operaţiile 3-6 şi pentru proba de apă a cărei concentraţie în

substanţe tensioactive trebuie determinată.

PRELUCRAREA REZULTATELOR

1. Se calculează suprafaţa coroanei circulare care se sprijină pe suprafaţa liberă

a lichidului după ce se măsoară cu un şubler diametrul interior şi exterior al

inelului, cm2;

2. Se calculează tensiunea superficială cu relaţia

În care F este forţa citită pe dinamometru iar S este aria coroanei circulare determinată la punctul 1;

3. Valorile calculate se trec într-un tabel de forma

4. Se compară valorile tensiunii superficiale ale celor patru tipuri de surfactanţi;

Concentraţia

(%)

Tensiunea

superficială

calculată

(mN/cm2)

4

LABORATOR DE BAZELE ECOLOGIEI

5. Se trasează diagrama variaţiei tensiunii superficiale cu concentraţia

surfactantului în Excel conform modelului.

tensiune superficialay = -0,0012Ln(x) + 0,0617

R2 = 0,9406

0,0540,0550,0560,0570,0580,0590,06

0,0610,0620,0630,0640,065

0 50 100 150 200 250 300

conc % * 10-3

sig

ma(

N/c

m2)

Series1

Log. (Series1)

6. Se determină încărcătura de tensioactivi din apa naturală, x.

7. Se compară cu valoarea indicată de STAS 1342/91 ca fiind permisă (50mg/l)

si se comentează rezultatul.

OBSERVAŢII PERSONALE

5