TP1 Tension de surface

Dr. BELHOUCHAT N. Page 1 sur 4
Université d’Alger-1
L3 (S5), Chimie Analytique
Faculté des Sciences
TP Chimie des surfaces
Département de Sciences de la Matière
Année Universitaire : 2023/2024
TP 01 : Mesure de la tension de surface
1. Rappel
1.1. Définition
Il existe, au voisinage de l’interface entre deux milieux, une certaine force qui s’exerce sur les molécules de
cette interface. 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.
1.2. Mesure de la tension de surface
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 filtrer (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 trois (03) techniques pour mesurer la tension superficielle des différentes
solutions (l’eau, l’éthanol pur, mélange eau-éthanol et huile ) connaissant celle de l’eau distillée à 20
°C (γ eau = 72,8 × 10-3 N/m).

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2. Manipulation
2.1. 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, 𝑃 = 𝑚 ∙ 𝑔, et la force due à la tension
superficielle γ au niveau du capillaire, 𝐹 = 2 𝜋 𝑟 γ. Au moment précis où la goutte se 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.
La mesure de r étant difficile et souvent peu précise. Il est plus
commode de calculer d’abord r en faisant la mesure avec un liquide de
γ connu.
Matériel : balance au 1/100ème, un bécher, une burette graduée ou
compte-goutte, eau, éthanol pur, mélange eau-éthanol, huile et eau
savonneuse.
Donnée : g = 9,81 N.kg-1
2.2. Méthode du stalagmomètre
Par la même théorie que la méthode (2.1), lorsqu’une goutte tombe, on a la relation 𝑚 ∙ 𝑔 = 2𝜋 ∙ 𝑟 ∙ 𝛾
Lorsqu’un volume V de liquide correspondant à N gouttes s’écoule, on a : 𝜌 ∙ 𝑉 ∙ 𝑔 = 𝑁 ∙ 2𝜋 ∙ 𝑟 ∙ 𝛾
Soit :
On doit étalonner le stalagmomètre avec un liquide de γ connue :
En faisant le rapport de ces deux premières expressions on obtient :
Mode opératoire :
 Commencer par remplir le stalagmomètre (ou la burette) avec la solution étudiée. Il faut s'assurer que
le stalagmomètre soit solidement fixé sur le support.

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 Ouvrir légèrement le robinier de la burette et faites couler goutte par goutte un volume V=2 mL de la
solution et compter, en mème temps, le nombre N des gouttes tombées dans le bécher.
 Nettoyer et sécher soigneusement le stalagmomètre ou la burette après chaque changement de liquide.
 Répéter la mesure trois fois.
Matériel : un bécher, un stalagmomètre ou une burette graduée, eau, éthanol pur, mélange eau-éthanol, huile
et eau savonneuse.
Données : ρeau = 1,00 g.cm-3,
ρéthanol = 0,791 g.cm-3,
ρhuile = 0,925 g.cm-3
ρdétergent liquide = 1,1 g.cm-3
2.3. 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 γ
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 (poids de l’anneau
dans l'air).
 Immerger complètement l'anneau en relevant le support.
 Abaisser lentement le support afin de sortir l'anneau du
liquide. Le dynamomètre s’allonge sous l'effet des forces
de tension superficielle.
 Relever la valeur de la force sur le dynamomètre,
au moment où l'anneau de détache du liquide.
 En déduire la force d’arrachement nécessaire pour vaincre les forces de tension superficielles.
 En déduire la tension superficielle du liquide.
 Répéter les mesures trois fois.
Matériel : un petit cristallisoir, un dynamomètre précis à 0,01 N sur un support, un anneau en plastique, un
support élévateur, eau, éthanol, mélange eau-éthanol, huile et eau savonneuse.

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Donnée : Diamètre de l’anneau = cm.
3. Questions demandées
- Donner un rapport détaillé où vous allez commenter et interpréter les résultats obtenus dans les trois
expériences.
- Dans les deux premières méthodes, quelles sont les forces en équilibres juste avant la chute de la
goutte ?
- Au moyen d'une analyse dimensionnelle, montrer que l'on peut assimiler γ a une énergie de surface et
à une force par unité de longueur. Quelle est l'origine de l'existence de γ ?
- Calculer les tensions de surfaces pour chaque solution dans les trois méthodes en N/m et dynes/cm.
Regrouper tous les résultats dans un tableau.
- Pour les trois méthodes, tracer le graphe de l’évaluation de la tension de surface en fonction de la
solution utilisée. Discuter à chaque fois son allure. Commenter la différence entre les méthodes
utilisées.
- Est-ce-que les valeurs de γ sont proches d’une méthode à l’autre. A votre avis, quelles est la meilleure
méthode pour mesurer γ ?
- Quelle est la relation entre la densité de la solution et γ ?
- Commenter la variation de γ entre l’eau seul, l’éthanol seul et le mélange des deux. Si on ajoute une
quantité de plus de l’éthanol, l’énergie de surface va être augmenter ou diminuer ?
- Expliquer chimiquement l’effet de l’ajout d’un détergent à l’eau sur la tension de surface.
- Faite une conclusion générale où vous citer tous ce que vous avez après dans ce TP.
Nettoyez et rangez le matériel et laissez la paillasse propre ! MERCI.