Толщина слоя масла не воде

Размер молекулы

Шестьдесят лет назад лорд Рэлей наблюдал за растеканием масла по воде. В то время, когда ученые строили различные предположения о размерах молекул, он догадался, что самый тонкий слой масла, который может полностью покрыть водную поверхность, будет иметь толщину как раз в одну молекулу, и решил определить эту толщину. Рэлей представил себе растекание капли масла как хаотическое движение молекул, карабкающихся друг на друга и сваливающихся назад, пока каждая не достигнет поверхности воды и не сможет прицепиться к воде (эти масла состоят из молекул с длинной цепью, на одном конце которых находится химическая группа, имеющая сродство к воде). Как только все молекулы масла расположатся таким способом, они будут держаться в виде мономолекулярного покрова и перестанут стремиться к дальнейшему растеканию (фиг. 130).

Фиг. 130. Масло на воде.

_{Капля масла, нанесенная на чистую поверхность воды, растекается и покрывает ее слоем толщиной в одну молекулу. Молекулы масла, вероятно, стоят «дыбом» подобно ворсу на ковре.}

Если масла как раз достаточно для данной поверхности воды, слой будет иметь толщину в одну молекулу, и все молекулы будут плотно упакованы по вертикали, подобно ворсинкам бархата. При меньшем количестве масла останутся участки открытой воды. Если масла будет

Лорд Рэлей вымыл и заполнил водой круглый большой таз, имевший 82 см в поперечнике. На поверхность воды он поместил взвешенную каплю масла и наблюдал, как оно растекается и закрывает всю поверхность. Затем он опять взял чистую воду и каплю меньшего размера, затем еще меньшую, пока не дошел до такой капли, которая уже не могла полностью закрыть всю поверхность. Как же он обнаружил, что закрыта не вся поверхность?

Если перед опытом распылить на поверхности порошок, можно изменить свойства поверхности. Поэтому Рэлей после масла распылял камфару (помните детскую забаву?). Пока поверхность воды была полностью покрыта маслом, камфара не находила чистой воды, по которой она могла бы танцевать, но когда капля масла была мала, на поверхности открывались участки чистой воды.

Условия приведенной ниже задачи 5 следуют за ходом вычислений Рэлея. Используя результаты его измерений, определите размеры молекул масла.

Задача 5. Измерение размеров молекулы

Рэлей наносил каплю оливкового масла на чистую воду в большом сосуде. Для простоты примем, что сосуд был прямоугольным с размером зеркала воды 0,55 м х 1,00 м (это даст ту же площадь, что и в круглом тазу, взятом Рэлеем).

Движение камфары показало, что масла как раз достаточно для покрытия всей поверхности (капля масла весит 8 /₁₀ мг, или 0,00000080 кг). Плотность масла равна 900 кг/м 3 (что составляет 0,90 от плотности воды). Предположим, что плотность остается такой же и в очень тонкой пленке.

(Помните, что поскольку масло менее плотно, чем вода, его объем должен быть больше объема той же массы воды.)

а) Определите толщину масляной пленки, образующейся при растекании капли по воде.

б) Допустим, что Релей был прав и пленка, достаточная для остановки движений камфары, имеет толщину в одну молекулу. Поверим химикам, что это масло имеет «длинные» молекулы, один конец которых сильно притягивается водой. Какой вывод можно сделать из вопроса (а) относительно размеров молекул?

Длина молекул очень мала; чтобы образовать линию в 1 см их требуются миллионы. В те времена, когда Рэлей производил свои измерения, ученые делали грубые, поспешные предположения о размере и массе молекул; их косвенные догадки основывались на трении в газах, на рассеянии солнечного света в небе молекулами и на некоторых сомнительных электрических аргументах. Здесь же был поразительно простой эксперимент и, вероятно, надежный.

С тех пор метод был улучшен и обобщен многими, особенно Ленгмюром в США. Оливковое масло, которое применял Рэлей, было неопределенной смесью маслянистых веществ. Позднейшие исследователи применяли чистые химические соединения, часто используя несколько членов «гомологического ряда» (или, иначе, химической семьи). Например, Ленгмюр применял «жирные кислоты». Их получают из природных жиров и масел, и они дают мыло, соединяясь с натрием или калием. Они имеют длинные молекулы с одним инертным, а другим «кислым» концом, который притягивается водой. Существует целый ряд таких соединений, причем молекула каждого представителя этого ряда больше своего предшественника на один атом углерода и два атома водорода. Очень давно химики изобразили молекулы различных членов этих рядов структурными формулами, подобными трем приведенным на стр. 222.

Грубой аналогией такого представления является стадо свиней у длинной кормушки. Подобно тому как один конец молекулы растительного масла «любит» воду, голова свиньи ткнется к пище, свиньи карабкаются и толкаются, пока все не достигнут кормушки. Если стадо слишком велико, неудовлетворенные будут ожидать в стороне (подобно толстым каплям избыточного масла на воде). Если число свиней будет подобрано точно по длине кормушки, они образуют слой в одно животное, причем все расположатся перпендикулярно кормушке. Если свиней слишком мало, то они расположатся произвольно и у кормушки останутся свободные места.

Источник

Форум АСУТП

Клуб специалистов в области промышленной автоматизации

Обязательно представиться на русском языке кириллицей (заполнить поле «Имя»).
Фиктивные имена мы не приветствуем. Ивановых и Пупкиных здесь уже предостаточно — придумайте что-то пооригинальнее.
Не писать свой вопрос в первую попавшуюся тему — вместо этого создать новую тему.
За поиск и предложение пиратского ПО — бан без предупреждения.
Рекламу и частные объявления «куплю/продам/есть халтура» мы не размещаем ни на каких условиях.
Перед тем как что-то написать — читать здесь и здесь.

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение VADR » 07 окт 2020, 12:55

Добрый день, коллеги.

Есть ёмкость с водой, на поверхности которой — масляная плёнка (собственно, ёмкость и нужна для отделения этой плёнки). Задача — измерить толщину этой плёнки. Вода загрязнена, среда щелочная, щёлочность непостоянна, соответственно проводимость может меняться в широких пределах. Глубина порядка 1.5-2 м, может меняться. Масло тоже не особо чистое, толщина плёнки в пределах 10 мм (при толщине 8 мм по технологии её надо удалять). Всё это находится на улице, температура воздуха от -35 до +35, температура воды и масла — от 0 до +20. Доступ к поверхности есть только сверху. Вопрос, собственно: как измерить толщину этой плёнки с точностью порядка 0.5 мм? Ну и в идеале — замерить также и уровень воды.
Ну и есть также вторая аналогичная ёмкость, но меньше по глубине: порядка 0.5 м. Условия такие же, задача та же.

PS: а если кому-то известен также способ автоматического сбора масла с поверхности — совсем хорошо 🙂

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение Ryzhij » 07 окт 2020, 16:31

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение VADR » 07 окт 2020, 16:41

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение alex45 » 07 окт 2020, 16:47

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение VADR » 07 окт 2020, 21:23

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение Boris Parkhomenko » 08 окт 2020, 16:38

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение VADR » 08 окт 2020, 16:54

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение beard_spb » 09 окт 2020, 14:21

Магнитострикционный обеспечит погрешность=1мм относительно воды, при условии что плотность масла сильно не меняется

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение Sergy6661 » 09 окт 2020, 16:21

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение VADR » 09 окт 2020, 16:37

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение Jackson » 09 окт 2020, 18:02

Широко распространены две технологии автоматизированного сбора:
[+] плавающая воронка

и [+] кольцевой ремень

Обе позволяют иметь доступ только сверху.
Первая мне кажется интереснее — во второй ремень будет рваться, подшипники надо чистить, вся конструкция больше и тяжелее.

Никаких измерений делать не надо, просто делать это периодически или визуально — персонал пусть смотрит палкой и задействует когда надо. Опускать в ёмкость только на время работы, талью или краном, у воронки отходящий шланг тоже повесить на поплавок, а то он воронку утопит. Периодическая профилактика (чистка). По-моему всё. А точно измерять до миллиметра — это уже лишнее, по-моему.

Ну или в ёмкости сделать отвод на высоте условно 1,5 метра и всё что набирается выше этого уровня — грязь и будет сливаться.

Отправлено спустя 1 минуту 57 секунд:

Масло в канализацию нехорошо, а щёлочь — нормально?

Отправлено спустя 3 минуты 14 секунд:
Ещё третья технология есть — «пылесосом». Труба пылесоса покоится на поплавках, её высота также регулируется.

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение VADR » 09 окт 2020, 21:52

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение Jackson » 10 окт 2020, 00:48

тогда ременной скиммер и не один, запустить на постоянку. Расходомер на трубе слива масла скажет, насколько эффективна очистка: если расход большой значит масла много; если расход сильно упал значит масла мало, можно на полчасика остановить механизм, потом запустить снова, посмотреть на расход и если расход снова мал — ещё на полчасика стоп. Чтобы меньше изнашивался. Обрыв ремня контролировать оптическим или лазерным датчиком на просвет. Если полчаса прошли, а механизм не заработал — аларм.

Вроде бы всё алгоритмизуется, автоматизация возможна.

Агрегат лучше плавающий, потому как на кране сэкономим (он нужен только для технологического подъема) и ремень до самого дна не нужен — только на 20-30 см от поверхности.

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение VADR » 10 окт 2020, 13:39

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение Универсал » 10 окт 2020, 14:10

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение Ryzhij » 10 окт 2020, 20:23

На том же Ютубе показаны скиммеры не с ремнем, а с диском(-ми) и даже с кольцевой гибкой трубкой, плавающей на поверхности жидкости.

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение Lenprom » 11 окт 2020, 20:34

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение VADR » 11 окт 2020, 20:50

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение Lenprom » 11 окт 2020, 23:31

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение Jackson » 12 окт 2020, 01:44

учитывая, что доступ толко сверху, пожалуй дисковый скиммер будет лучшим решением. И можно ничего не измерять — пусть работает постоянно, плавая на поплавках-понтонах. С остановками только на профилактику.

Отправлено спустя 2 минуты 18 секунд:
А точнее, симбиоз дискового и пылесоса. Диск пусть снимает жир с поверхности воды в свою емкость, а насосом поднимать содержимое емкости наверх.

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение VADR » 12 окт 2020, 08:45

Измерение масляной плёнки на воде

Сообщение Ryzhij » 12 окт 2020, 09:53

Сделав допущение о примерно постоянной плотности скапливающегося масла, можно установить на плавающий «плот» буйковый концевой выключатель. Если поплавок выключателя будет постоянно полностью погружен в воду под маслом, то осадка «плота» будет меняться в зависимости от уровня слоя масла. Концевик будет срабатывать.
Можно с «плота» спускать пьезометрический или гидростатический датчик для аналогового измерения осадки «плота».
По факту, предлагаемую схему измерений можно свести к измерению перекоса между с двумя ареометрами, имеющих разную цену деления шкалы (диаметр трубки), и, соответственно, разную осадку. Чем больше слой масла — тем больше будет перекос от начального положения при нулевом слое масла.. В роли одного из ареометров выступает «плот».

Устойчивость работы такой механической схемы во многом зависит от стабильности температуры бака и свойств масла.
В диапазоне от ноля никакая схема с плотом, поплавками, да и со скиммером, не сработает — будет мешать лёд.

Источник

Размеры молекул и атомов

Размер атомов и молекул можно оценить с помощью следующего опыта.

Поставим опыт

Капнем на поверхность воды маленькую каплю масла. Оно со временем растечётся по поверхности воды очень тонким слоем (рис. 5.3). Например, капелька оливкового масла объёмом 1 мм 3 растекается по площади около 1 м 2 .

Рис. 5.3. Капля масла (а) растекается по поверхности воды очень тонким слоем (б). Толщина этого слоя позволяет оценить размер молекулы масла

Толщина самой тонкой масляной плёнки примерно равна размеру молекулы масла. Исходя из этого, оценим размер молекулы. Объём плёнки V равен объёму капли масла. Обозначим толщину плёнки d, а её площадь — S. Тогда V = Sd, поэтому Выражая площадь масляной пленки в квадратных миллиметрах, получаем S = 1 м 2 = 1 000 000 мм 2 . Поэтому

Итак, толщина масляной плёнки составляет около одной миллионной доли миллиметра. Это и есть размер молекулы масла. А ведь молекула масла состоит из десятков атомов!

Как представить размеры молекул?

Атомы и молекулы по нашим человеческим меркам чрезвычайно малы. Например, молекула воды примерно во столько раз меньше сливы, во сколько раз слива меньше земного шара.

Источник