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Oberflächenspannung von leichtem und schwerem Wasser

Surface tension of normal and heavy water

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Abstract

A Skeleton Table and simple interpolation equation for the surface tension of light water was developed by the Working Group III of the International Association for the Properties of Steam and is recommended as an International Standard.

The Skeleton Table is based on all known measurements of the surface tension and individual data were weighted corresponding to the accuracy of the measurements. The form of the interpolation equation is based on a physical concept. It represents an extension of van der Waals-equation, where the exponent conforms to the “Scaling Laws”. In addition for application purposes simple relations for the Laplace-coefficient and for the density difference between the liquid and gaseous phases of light water are given. The same form of interpolation equation for the surface tension can be used for heavy water, for which the coefficients are given. However, this equation is based only on a single set of data.

Zusammenfassung

Für die Oberflächenspannung von leichtem Wasser wurde von der Arbeitsgruppe III der International Association for the Properties of Steam eine Rahmentafel und eine einfache Interpolationsgleichung erarbeitet und als internationaler Standard empfohlen. Die Rahmentafel basiert auf allen bekannten Messungen der Oberflächenspannung, die einzelnen Meßreihen wurden entsprechend der Meßgenauigkeit gewichtet. Die Form der Interpolationsgleichung läßt sich physikalisch begründen. Sie stellt einen erweiterten Ansatz nach van der Waals dar, wobei der Exponent der Gleichung mit den “Scaling-Laws” in Übereinstimmung ist. Weiter wird für den praktischen Gebrauch eine einfache Beziehung für den Laplace-Koeffizienten und die Dichtedifferenz zwischen der flüssigen und gasförmigen Phase von leichtem Wasser angegeben.

Für schweres Wasser kann die gleiche Form der Interpolationsgleichung verwendet werden, deren Koeffizienten angegeben sind. Allerdings beruht diese Gleichung nur auf einer Meßreihe.

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Koeffizient

b, b1 :

Koeffizient

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Koeffizient

g:

Erdbeschleunigung

α:

Exponent der isochoren Wärmekapazität

β:

Exponent der Koexistenzkurve

ɛ:

Exponent des Laplace-Koeffizienten

ν:

Exponent der Korrelationslänge

μ:

Exponent der Oberflächenspannung

Δ:

Exponent der Oberflächenspannung

τ:

\(\frac{{T_K - T}}{{T_K }}\) reduzierte Temperaturdifferenz

ξ:

Korrelationslänge

ρ :

Dichte der flüssigen Phase

ρ :

Dichte der gasförmigen Phase

σo :

KoeffizientM

Literatur

  1. Schmidt, E.: VDI-Wasserdampftafel. Berlin, Heidelberg, New York: 7. Aufig., 1968 Springer

    Google Scholar 

  2. Schmidt, E.: Properties of Water and Steam in SI-Units. Berlin, Heidelberg, New York: Springer; München: Oldenbourg 1969

    Google Scholar 

  3. Grigull, U.; Bach, J.: Die Oberflächenspannung und verwandte Zustandsgrößen des Wassers. BWK 18 (1966) 73–75

    Google Scholar 

  4. Voljak, L.D.: Bestimmung der Temperaturabhängigkeit der Oberflächenspannung bei Wasser (Orig. russisch) Dokl. Akad. Nauk USSR 74 (1950) 307–310

    Google Scholar 

  5. Vargaftik, N.B.; Voljak, L.D.; Volkov, B.N.: Experimental Research on the Surface Tension of Water at High Temperature. Proceedings VII Internat. Conf. on Water and Steam Properties, Tokyo 1968

  6. Vargaftik, N.B.; Voljak, L.D.; Volkov, B.N.: Temperature Dependence of Surface Tension of Water (Orig. russisch). Results of the Confederation of the Physical-Technical Thermodynamic Conference (USSR) 1969)

  7. Vargaftik, N.B.; Voljak, L.D.; Volkov, B.N.: Determination of Surface Tension of H2 O and D2O Near the Critical Point (Orig. russisch) Teploenergetika, Vol. 20 (1973) 80

    Google Scholar 

  8. Watanabe, K.: Messungen der Oberflächenspannung von Wasser. Private Mitteilung

  9. van der Waals, J.D.: Thermodynamische Theorie der Kapillarität unter Voraussetzung stetiger Dichteänderung. Z. Phys. Chemie 13, (1894) 657–725

    Google Scholar 

  10. Ferguson, A.; Kennedy, S.J.: Free and Total Surface Energies and Related Quantities. Trans. Faraday Soc. London 32 (1936) 1474–1481

    Google Scholar 

  11. Guggenheim, A.E.: The Principle of Corresponding States. J. Chem. Phys. 13 (1945) 253–261

    Google Scholar 

  12. Grigull, U.; Sträub, J.: Die Temperaturabhängigkeit der Oberflächenspannung insbesondere im kritischen Gebiet. Progress in Heat and Mass Transfer Vol. 2 edited by T. Irvine and W.E. Ible, Pergamon Press-Oxford, New York (1971)

    Google Scholar 

  13. Rathjen, W.: Experimentelle Untersuchung zur Temperaturabhängigkeit der Oberflächenspannung reiner Fluide vom Tripelpunkt bis zum kritischen Punkt. Dissertation, Technische Universität München, 1978

  14. Sträub, J.; Rosner, N.; Grigull, U.: A Simple Equation for the Temperature Dependence of the J. Sträub et al.: Oberflächenspannung von leichtem und schwerem Wasser Surface Tension of Water. Proc. of the 8th Internat. Conf. on the Properties of Water and Steam, published by Editions Européennes Thermiques et Industries with the Contribution of Delegation Générale à la Recherche Scientifique et Technique

  15. Vargaftik, N.B.; Voljak, L.D.; Volkov, B.N.: A Project of International Tables on Water Surface Tension. Paper submitted to the Meeting of the Working Group III of the IAPS, Schliersee, Germany 1975 35.

    Google Scholar 

  16. Watanabe, A.; Watanabe, H.; Watanabe, K.: Data Survey and Correlation of Surface Tension of Water with Saturation Temperature. Paper submitted to the Meeting of the Working Group III of the IAPS, Schliersee, Germany 1975

    Google Scholar 

  17. Sträub, J.; Watanabe, K.: Draft Skeleton Table Values of Surface Tension for Light Water. Paper submitted to the Meeting of the Working Group III of the IAPS, Schliersee, Germany 1975

    Google Scholar 

  18. Sträub, J.; Rosner, N.; Grigull, U.: Proposal for the Representation of the Surface Tension of Water. Paper submitted to the Working Group III of the IAPS, Schliersee, Germany 1975

    Google Scholar 

  19. Sträub, J.; Rosner, N.; Grigull, U.: Representation of the Surface Tension of Saturated Water Paper submitted to the Working Group III of the IAPS, Ottawa, Canada 1975

  20. Sträub, J.; Rosner, N.; Grigull, U.: Table of the Surface Tension of Water. Paper submitted to the Meeting of the Working Group III of the IAPS, Kyoto, Japan, 1976

  21. Release on Surface Tension of Water Substance Issued by the Internat. Association for the Properties of Steam, 1976

  22. Allen, J.F.; Misener, A.D.: The Surface Tension of Liquid Helium. Proc. Phil. Soc. Cambridge 34 (1938) 299–300

    Google Scholar 

  23. Zinov'eva, K.N.: The Surface Tension of Liquid He3 in the Region of Very Low Temperatures (1.0–0.35 K). JETP 2 (1956) 774–775

    Google Scholar 

  24. Rathjen, W.; Sträub, J.: Surface Tension and Refractive Index of Six Refrigerants from Triple Point up to the Critical Point. Proc. 7th Symposium on Thermophysical Properties, American Society of Mechanical Engineers, New York 1977

    Google Scholar 

  25. Widom, B.: Surface Tension and Molecular Correlations Near the Critical Point. J. Chem. Phys. 41 (1965) 3892–3897

    Google Scholar 

  26. Fisk, S.; Widom, B.: Structure and Free Energy of the Interface between Fluid Phases in Equilibrium Near the Critical Point. J. Chem. Phys. 50 (1969) 3219–3227 47.

    Google Scholar 

  27. Giglio, M.; Benedek, G.B.: Angular Distribution of the Intensity of Light scattered from Xenon near its critical Point. Phys. Rev. Letters 23 (1969) 1145

    Google Scholar 

  28. Swinneg, H.L.; Cummins, H.Z.: Thermal Diffusivity of CO2 in the Critical Region. Phys. Rev. Letters 171 (1968) 152

    Google Scholar 

  29. Levelt-Sengers, J.M.H.; Greer, W.L.; Sengers, J.V.: Scaled Equation of State Parameters for Gases in the Critical Region. J. Phys. Chem. Ref. Data 5 (1976) 1–51

    Google Scholar 

  30. Sträub, J.: Kritische Phänomene in Fluiden. Habilitationsschrift, Techn. Universität München, 1977

  31. Levelt-Sengers, J.M.H.: A Scaled Fundamental Equation for the Critical Region of Steam. Proc. of 7th Symposium on Thermophysical Properties, Washington, 1977

  32. Kalähne, A.: Über die Benutzung stehender Capillarwellen auf Flüssigkeiten als Beugungsgitter und die Oberflächenspannung von Wasser und Quecksilber. Ann. Phys., 7 (1902) 440

    Google Scholar 

  33. Bohr, N.: Determination of the Surface Tension of Water by the Method of Jet-Vibration. Proc. Roy. Soc. London, 82 (1909) 146

    Google Scholar 

  34. Livingston, J.; Morgan, R.; McD. McAfee, A.: The Weight of a Falling Drop and the Laws of Tate. J. Am. Chem. Soc., 33, No. 8 (1911) 1275

    Google Scholar 

  35. Jäger, F.M.: Über die Temperaturabhängigkeit der molekularen freien Oberflächenenergie von Flüssigkeiten im Temperaturbereich von — 80 bis + 1650° C. Zeitschr. Anorg. Allgem. Chem., 100 (1917) 53

    Google Scholar 

  36. Harkins, W.D.; Brown, F.E.: The Determination of Surface Tension (Free Surface Energy), and the Weight of Falling Drops: The Surface Tension of Water and Benzene by the Capillary Height Method. J. Am. Chem. Soc., 41 (1919) 499

    Google Scholar 

  37. Sudgen, S.: The Determination of Surface Tension from the Rise in Capillary Tubes. J. Chem. Soc. London, 119, Part 2 (1921) 1483

    Google Scholar 

  38. Richards, T.W.; Speyers, C.L.; Carver, E.K.: The Determination of Surface Tension with Very Small Volumes of Liquids, and the Surface Tension of Octanes and Xylenes at Several Temperatures. J. Am. Chem. Soc., 46 (1924) 1196

    Google Scholar 

  39. Moser, H.: Der Absolutwert der Oberflächenspannung des reinen Wassers nach der Bügelmethode und seine Abhängigkeit von der Temperatur. Ann. Phys., 82, (1927) 993

    Google Scholar 

  40. Intern. Crit. Tables, 4 (1928) 446

  41. Ssementschenko, W.K.; Davidowskaja, E.A.: Über das oberflächliche Aussalzen durch Elektrolyte. Kolloid-Zeitschr., 73 (1935) 24

    Google Scholar 

  42. Cockett, A.H.; Ferguson, A.: The Surface Tension of Water and Heavy Water. Phil. Mag. J. Sci., 70 (1939) 685

    Google Scholar 

  43. A comprehensive Treatise on Inorganic and Theoretical Chemistry, 1, London: Longsmans, Green and Co. 1952

  44. Heiks, J.R., et al.: The Density, Surface Tension and Viscosity of Deuterium Oxide at Elevated Temperatures. J. Phys. Chem., 58 (1954) 488

    Google Scholar 

  45. Landolt-Börnstein: Zahlenwerte und Funktionen aus Physik, Chemie, Astronomie, Geophysik und Technik. 6. Auflage, 2, Teil 3 (1956)

  46. Gittens, G.J.: Variation of Surface Tension of Water with Temperature. J. Colloid. Int. Sci., 30 (1969) 406

    Google Scholar 

  47. Cini, R.; Loglio, G.; Ficalbi, A.: Temperature Dependence of the Surface Tension of Water by the Equilibrium Ring method. J. Colloid. Int. Sci., 41 (1972) 287

    Google Scholar 

  48. Jaspers, J.J.: The Surface Tension of Pure Liquid Compounds. J. Phys. Chem. Ref. Data, 1 (1972) 841

    Google Scholar 

  49. Wilkinson, M.C.: Extended Use of, and Comments on, the Drop-Weight (Drop-Volume) Technique for the Determination of Surface Tension and Interfacial Tensions. J. Colloid. Int. Sci., 40 (1972) 14

    Google Scholar 

  50. Thakur, D.K.; Hickman, K.: Surface Tension of Water at 100°C. J. Colloid. Int. Sci., 50 (1974) 525

    Google Scholar 

  51. Masterton, W.L.; Bianchi, J.; Slowinski jr., E.J.: Surface Tension and Adsorption in Gas-Liquid Systems at Moderate Pressures. J. Phys. Chem., 67 (1963) 615

    Google Scholar 

  52. Massoudi, R.; King jr., A.D.: Effect of Pressure on the Surface Tension of Water Adsorption of Low Molecular Weight Gases on Water at 25°C. J. Phys. Chem., 78 (1974) 2262

    Google Scholar 

  53. Slowinski jr., E.J.; Gates, E.E.; Waring, C.E.: The Effect of Pressure on the Surface Tension of Liquids. J. Phys. Chem., 61 (1956) 808

    Google Scholar 

  54. Hough, E.W.; Wood jr., B.B.; Rzasa, M.J.: Adsorption at Water-Helium-Methane and -Nitrogen. Interfaces at Pressures to 15,000 P. S. I. A. J. Phys. Chem., 56 (1952) 996

    Google Scholar 

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Straub, J., Rosner, N. & Grigull, U. Oberflächenspannung von leichtem und schwerem Wasser. Wärme- und Stoffübertragung 13, 241–252 (1980). https://doi.org/10.1007/BF01002412

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