Chemia, 2 rok studiów	Julita Przeździecka Adrian Marzec	Kielce 19.10.2009
Nr. 8	Napięcie powierzchniowe	Ocena:

Wstęp teoretyczny:

Rezultatem oddziaływań międzycząsteczkowych na granicy rozdziału fazy gazowej i ciekłej jest napięcie powierzchniowe cieczy. Wielkością fizyczną charakteryzującą powierzchnię rozdziału faz jest współczynnik napięcia powierzchniowego. Wartość liczbowa napięcia powierzchniowego jest określona wzorem:

, gdzie:

W - praca niezbędna do zwiększenia w procesie izotermicznym pola powierzchni

rozdziału faz o S.

Jednostką napięcia powierzchniowego w układzie SI jest niuton na metr (N/m). Wartość napięcia powierzchniowego zależy w istotny sposób od rodzaju substancji i temperatury. Ze

wzrostem temperatury napięcie powierzchniowe maleje (zależność ta jest zwykle liniowa), stając się równe zeru w temperaturze krytycznej. Zdolność do zmniejszania napięcia powierzchniowego nazywa się aktywnością powierzchniową. Substancje wykazujące taką właściwość nazywa się powierzchniowo czynnymi lub powierzchniowo aktywnymi.

Metoda wzniesienia kapilarnego

Wyżej przedstawiono istnienie różnicy ciśnień po obu stronach zakrzywionej powierzchni cieczy. Ciśnienie po wklęsłej stronie powierzchni (p1) jest większe niż po stronie wypukłej. Efekt ten jest względnie duży i właśnie on jest odpowiedzialny za szereg własności, jakie wykazują zakrzywione powierzchnie cieczy, m.in. za zjawisko wzniesienia kapilarnego. Jeżeli w cieczy umieścimy pionowo rurkę kapilarną otwartą z obu stron, tak, by wystawała ona nad powierzchnię cieczy, to, zależnie od tego, czy ciecz zwilża materiał kapilary, czy też nie zwilża go, utworzy się w rurce menisk wklęsły lub wypukły. Rodzaj menisku zależy od energii adhezji (przylegania) cieczy do ściany kapilary i energii kohezji (spójności) cieczy.

Metoda pęcherzykowa

Metoda pęcherzykowa również oparta jest na zjawisku występowania różnicy ciśnień po obu stronach zakrzywionej powierzchni. W metodzie tej mierzy się ciśnienie potrzebne do utworzenia u wylotu kapilary, zanurzonej w badanej cieczy, pęcherzyka powietrza na tyle dużego, by oderwał się od niej samorzutnie.

Metoda stalagmometryczna

Metoda polega na wyznaczaniu masy kropli odrywającej się od specjalnie ukształtowanego końca rurki kapilarnej ("stopki" stalagmometru) lub wyznaczaniu liczby kropel, tworzących się przy wypływie z tej rurki określonej objętości cieczy o znanej gęstości. Metoda ta, mimo iż bardzo prosta w wykonaniu, ma teorię złożoną, a uzyskanie w niej poprawnych wyników

wymaga specjalnego postępowania.

Metoda tensjometryczna

Do pomiaru napięcia powierzchniowego cieczy stosuje się metodę tensjometryczną, która opiera się na pomiarze dynamometrycznym siły, jakiej należy użyć, by oderwać od powierzchni cieczy pierścień zrobiony z cienkiego drutu platynowego. Pierścień ten przytrzymywany jest "siłą napięcia powierzchniowego" działającą na jego zewnętrznym obwodzie. Metodą tensjometryczną można również mierzyć napięcie międzyfazowe na

1.

granicy dwóch nie mieszających się cieczy. Wówczas umieszcza się pierścień na granicy tych

dwóch cieczy i odrywa go od tej granicy siłą wywieraną przez sprężynę lub napinaną strunę dynamometru. Warunkiem poprawności wyników jest doskonałe zwilżanie pierścienia przez badaną ciecz.

Cel ćwiczenia:

Celem jest zbadanie wpływu alkoholi o różnych długościach łańcucha węglowego i różnych stężeniach na napięcie powierzchniowe.

Wykonanie ćwiczenia:

1. Dokładnie umyty stalagmometr umocujemy w pozycji pionowej w statywie. 
2. Zasysamy wodę destylowaną. Liczymy ilość wyciekających kropel cieczy ze stalagmometru miedzy górna a dolną kreską. 
3. W przeprowadzamy pomiar ilości kropel dla czterech 1 M alkoholi. 
4. Wykonujemy również pomiary dla roztworów  alkoholu butylowego, dla stężeń: 0,5; 0,25; 0,125 M

Przykładowe obliczenia:

Obliczamy napięcie powierzchniowe roztworów alkoholi ze wzoru:

gdzie:

,
-napięcie powierzchniowe cieczy badanej i wzorcowej

n,
- liczba kropel cieczy badanej i wzorcowej

d,
- gęstość cieczy badanej i wzorcowej

Wyniki zamieszczamy w tabeli numer 1.

Przykładowe obliczenie:

Za pomocą programu Excel sporządzamy wykres zależności między napięciem powierzchniowym
,a liczbą atomów węgla w cząsteczce alkoholu.

Zgodnie z regułą Traube'go aktywność kapilarna członów szeregu homologicznego wzrasta ze wzrostem długości łańcucha. Każda następna grupa
zwiększa 3,2 aktywność kapilarną. Oznacza to, że w celu obniżenia napięcia powierzchniowego wystarczy 3,2 razy mniejsze stężenie związku z szeregu homologicznego zawierającego jedna grupę
więcej. W naszym przypadku wzrost był o wartości:

1,1544

2.

1,2492

1,8285.

Nie dokładny przyrost może wynikać z nie dokładnych pomiarów lub też błędów eksperymentatora.

Obliczamy nadmiar powierzchniowy Г, z równania Gibasa:

Metodą graficznego różniczkowania.

Za pomocą programu Excel sporządzamy wykres zależności napięcia powierzchniowego od stężenia
.

3.

---