Mateusz Dziekan Dr A. Kolarz

21.10.2010r Czw. 15:15

Ćw. 33e

Pomiar napięcia powierzchniowego metodą odrywania – Metoda Du Nouy’a.

1. Zestaw przyrządów:

- waga skrętna

- metalowa płytka

- suwmiarka

- naczynie pomiarowe

- roztwory:

a) woda destylowana

b) denaturat

c) roztwór C₂H₅OH + H₂O ( 4%, 18%, 20%, 30% i 40% )

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie współczynnika napięcia powierzchniowego dostępnych roztworów wodnych alkoholu etylowego metodą odrywania.

1. Wstęp teoretyczny.

We wszystkich cieczach i gazach występują tzw. oddziaływania międzycząsteczkowe. Te odkryte przez Van der Waalsa siły występują między dwiema elektrycznie obojętnymi cząsteczkami. W zależności od odległości, przyciągają sie one, bądź odpychają.

Takie oddziaływania powodują, że wewnątrz cieczy ( gazu ) siłą wypadkowa cząsteczek jest równa 0. Lecz na jej powierzchni, siłą wypadkowa działa w dół, w strone cieczy. Powoduje to, że powierzchnia cieczy jest zawsze najmniejsza z możliwych. Implikuje to powstawanie tzw. napięcia powierzchniowego na powierzchni cieczy ( gazu ).

Napięcie powierzniowe jest to praca potrzebna do zwiększenia powierzchni o jednostkę. Można je też zapisać jako siłę potrzebną do oderwania płytki o szerokości l i grubości d od powierzchni cieczy. Drugie podejście prezentuje wzór:

$\sigma = \frac{F - Q}{2 \times (l + d)} = \frac{F_{n}}{2 \times (l + d)}$ (1)

Wzór (1) jest ściśle związany z badaniem napięcie powierzchniowego metodą odrywania. Polega ona na zetknięciu płytki z cieczą i zbadaniu siły jakiej trzeba użyć do jej oderwania.

1. Przebieg pomiarów.

Na początku wyczyściliśmy metalową płytkę w denaturacie i wytarliśmy ją do sucha, by pomiar był jak najbardziej dokładny. Płytkę powiesiliśmy za pomocą nitki na pręcie. Następnie wyzerowaliśmy wagę ustawiając jej wskaźnik na 0 i wypoziomowaliśmy pręt na którym wisi płytka. Na ruchomej podstawce wagi postawiliśmy naczynie do którego po kolei będziemy wlewać określone ciecze. Nad naczyniem, wisi wspomniana metalowa płytka.

Za każdym razem gdy chcieliśmy wlać określony roztwór do naczynia, obniżaliśmy platformę i w razie potrzeb regulowaliśmy wagę.

Zmierzenie napięcia polegało na podniesieniu naczynia, aż do zetknięcia się płytki wiszącej na nitce z cieczą. W tym momencie za pomocą pokrętła powoli mierzyliśmy jaką siłę należy przyłożyć by płytka oderwała się od cieczy. Zmierzoną siłę zapisywaliśmy do Tab. 1. Pomiar powtarzaliśmy 2 lub
3-krotnie, w zależności od różnic w pomiarach.

Po tych pomiarach zmierzyliśmy za pomocą suwmiarki szerokość tej części płytki, kóra stykała się z cieczą. Zmierzyliśmy także jej grubość. Wyniki umieściliśmy w Tab. 1.

1. Przykładowe obliczenia.

Obliczanie napięcie powierzchniowego wody destylowanej, korzystając ze wzoru (1):

Dane: Szukane:

F_n = 18,17mN σ = ?

l = 22,9 mm

d = 0,18 mm

$\sigma = \frac{18,17}{2 \times (22,9 + 0,18)} = \frac{18,17}{46,16} =$ $0,39\lbrack\frac{N}{m}\rbrack$

1. Wynik końcowy. Wnioski.

Wynik naszych pomiarów przedstawia Wykr. 1.

Zauważyliśmy, że największe napięcie powierzchniowe posiada roztwór 4%-owy. Póżniej, im udział
alkoholu w roztworze jest większy, tym napięcie powierzchniowe zmniejsza się. Prawdopodobnie pomiar tego napięcia dla wody destylowanej został przez nas wykonany niedokładnie.