Wyznaczanie izotermy adsorpcji substancji rozpuszczonej na granicy faz roztwór - powietrze
Marcin Górski	Data:
Mirosław Dziergowski	Zaliczenie:

1. Cel ćwiczenia.

• wyznaczenie napięcia powierzchniowego wodnych roztworów substancji powierzchniowo czynnej w funkcji stężenia,

• wyznaczenie izotermy adsorpcji substancji rozpuszczonej na granicy faz roztwór - powietrze,

• obliczenie powierzchni siadania cząsteczki oraz grubości warstewki adsorpcyjnej.

2. Zasada pomiaru.

Pomiar przeprowadzamy na poniższym przyrządzie. Mierzone będzie ciśnienie potrzebne do przerwania błonki powierzchniowej w tworzącym się pęcherzyku powietrza. W momencie oderwania się pęcherzyka gazu, poziom cieczy w ramionach manometru ulega zmianie. Należy mierzyć poziom cieczy w lewym i prawym ramieniu manometru.

III. Schemat aparatury pomiarowej.

.

1. Kapilara.

2. Manometr wodny.

3. Rurki.

3. 
   Urządzenie do regulacji

wypływu pęcherzyków gazu

4. Wyniki pomiarów.

Roztwór - butanol-woda T = 22^oC

Lp	Stężenie	hl	hp	l = hp-hl	lśr	Lp	Stężenie	hl	hp	l = hp-hl	lśr
1	0,5	2,3	2,3	4,6		1	0,0625	3,8	3,8	7,6
2	0,5	2,2	2,3	4,5	4,68	2	0,0625	3,8	3,8	7,6	7,65
3	0,5	2,4	2,4	4,8		3	0,0625	3,85	3,85	7,7
4	0,5	2,4	2,45	4,85		4	0,0625	3,85	3,85	7,7
1	0,25	2,8	2,9	5,7		1	0,03125	4,2	4,2	8,4
2	0,25	2,9	2,9	5,8	5,76	2	0,03125	4,2	4,2	8,4	8,41
3	0,25	2,9	2,9	5,8		3	0,03125	4,2	4,2	8,4
4	0,25	2,85	2,9	5,75		4	0,03125	4,2	4,25	8,45
1	0,125	3,6	3,6	7,2		1	woda	4,7	4,7	9,4
2	0,125	3,5	3,55	7,05	7,15	2	woda	4,7	4,8	9,5	9,43
3	0,125	3,6	3,6	7,2		3	woda	4,7	4,7	9,4

5. Obliczenia.

1. Obliczenie napięcia powirzchniowego dla wody w temperaturze t = 22^oC.

γ_w = 72,9 - [0,155⋅(22-18)]⋅10^-3 = 0,07228 [N/m]

2. Obliczenie napięcia powierzchniowego dla każdego z roztworu butanolu.

dla 0,5m butanolu: [N/m]

dla 0,25m butanolu: [N/m]

dla 0,125m butanolu: [N/m]

dla 0,0625m butanolu: [N/m]

dla 0,03125m butanolu: [N/m]

3. Wykresy.

c [mol/l]	γ [N/m]	z	Γ [mol/m^2]	c/Γ [m^2/l]
0,5	0,0358	0,0161	6,56⋅10^-6	76168,63
0,25	0,0441	0,0159	6,48⋅10^-6	38563,36
0,125	0,0548	0,0102	4,16⋅10^-6	30056,74
0,0625	0,0586	0,0083	3,38⋅10^-6	18468,60
0,03125	0,0644	0,0030	1,22⋅10^-6	25548,23

1. wykres γ(c) i obliczenie pochodnych z = -c⋅.

przykładowe obliczenia:

dla 0,25m butanolu: z = 0,06-0,0441 = 0,0159 Γ =

dla 0,125m butanolu: z = 0,065-0,0548 = 0,0102 Γ =

dla 0,0625m butanolu: z = 0,0669-0,0586 = 0,0083 Γ =

dla 0,03125m butanolu: z = 0,0674-0,0644 = 0,0030 Γ =

2. wykres zależności

jest równanie linii prostej gdzie:

y = x = c a = b =

metodą najmniejszych kwadratów wyznaczamy a i b:

c	c/Γ
0,5	76168,63
0,25	38563,36
0,125	30056,74
0,0625	18468,60
0,03125	25548,23

obliczamy = 8,62⋅10^-6 [mol/m²]

znając obliczamy pole powierzchni zajmowanej przez 1 cząsteczkę zaadsorbowaną na granicy faz

[m²]

gdzie N_A - liczba Avogadro

Grubość warstwy adsorpcyjnej wynosi:

d = 0,8057 [g/ml]; M = 74[g/mol] ⇒ V = 91,845 [ml/mol] = 91,845⋅10^-6 [m³/mol]

7,92⋅10^-10 [m].

6. Wnioski.

Błędy przy pomiarze napięcia powierzchniowego dla powyższych roztworów mógł być spowodowany wieloma czynnikami:

A. przypadkowym, zbyt dużym zanurzeniem kapilary w badanym roztworze,

B. niedokładnym oczyszczeniem kapilary z poprzednich pomiarów,

C. nieszczelnością przewodów w aparaturze pomiarowej,

D. przypadkowym zatkaniem ujścia kapilary

E. błędem paralaksy przy odczytywaniu różnicy wysokości na manometrze.

Przy pomocy długości wiązań możemy oszacować długość cząsteczki na 8,09⋅10^-10m i jej powierzchnię siadania na 1,76⋅10^-19m².

4

3

2

1

---