Aneta Jurkiewicz

Biotechnologia I rok

Ćwiczenie VI: Parachora.

1. Część teoretyczna:

Ćwiczenie ma na celu wyznaczenie parachor na podstawie doświadczenia i porównanie ich z parachorami wyznaczonymi dzięki zsumowaniu parachor atomów i wiązań.

Parachora to wielkość addytywna (zależy od parachor atomów i wiązań budujących związek), niezależna od temperatury, ale zależna od napięcia powierzchniowego. Parachorę zauważył Suggden i określił ją jako zależność stałej c od właściwości strukturalnych cząsteczki. Stała c pochodzi z zależności napięcia powierzchniowego od gęstości:

γ = c (d_c – d_p)⁴

γ– napięcie powierzchniowe

c – stała

d_c – gęstość cieczy

d_p – gęstość pary

Parachorę wyrażamy wzorem:

P = (M * γ)^1/4 / (d_c – d_p)

M - masa cząsteczkowa

Gęstość pary jest bardzo mała, więc równanie to przyjmie postać:

P = γ^1/4 * (M / d_c)

Napięcie powierzchniowe to zjawisko fizyczne występujące na styku powierzchni cieczy z ciałem stałym, gazowym lub inną cieczą, dzięki któremu powierzchnia ta zachowuje się jak sprężysta błona. Napięcie powierzchniowe możemy obliczyć korzystając z równania:

γ = γ_w*[(d*n_w)/(d_w*n)]

γ_w – napięcie powierzchniowe wody

d – gęstość cieczy

d_w – gęstość wody

n_w – liczba kropel wody

n – liczba kropel cieczy

Napięcie jest zależne od temperatury i maleje wraz ze wzrostem temperatury, a w temperaturze krytycznej wynosi 0. Zgodnie z regułą Eötvösa napięcie powierzchniowe zależy od temperatury w następujący sposób:

γ * V^2/3 = k (T_c – T)

V^2/3 – powierzchnia kuli 1 mola cieczy

k – współczynnik proporcjonalności

T_c – temperatura krytyczna

Ramsay i Shields ulepszyli równanie Eötvösa i przedstawili je w postaci:

γ * V^2/3 = k (T_c – T – 6)

Napięcie powierzchniowe można zmierzyć za pomocą czterech metod:

a) metoda kapilarnego wzniesienia, która polega na pomiarze wysokości wzniesienia kapilarnego w dwóch rurkach o różnej średnicy;

b) metoda kroplowa (stalagmometryczna) polegająca na wyznaczeniu masy kropli (lub jej objętości) wypływającej z rurki kapilarnej stalagmometru;

c) metoda maksymalnego ciśnienia baniek, która polega na pomiarze najmniejszego ciśnienia potrzebnego do wyciśnięcia pęcherzyka powietrza z rurki kapilarnej;

d) metoda odrywania pierścienia (tensjometryczna), która polega na zmierzeniu siły potrzebnej do oderwania cieczy od wyciąganego z niej pierścienia.

2. Część doświadczalna:

Należy wyznaczyć metodą kroplową napięcie powierzchniowe następujących cieczy: acetonu, oktanu, C₆H₁₂, ostanu etylu, C₄H₈O₂, metanolu, izobutylometyloketonu i wody. Aby to zrobić należy napełnić stalagmometr badaną cieczą powyżej bańki. Następnie liczyć krople trzykrotnie dla tej samej objętości spadające do naczynka od wyznaczonego miejsca. Po każdym użyciu stalagmometr trzeba dokładnie umyć, przepłukać acetonem i wysuszyć suszarką.

Następnie na podstawie zmierzonego napięcia powierzchniowego obliczyć wartości parachor. Na podstawie podanych danych obliczyć teoretyczne wartości parachor . Na koniec trzeba ustalić struktury związków posługując się wyznaczonymi wartościami.

3. Wyniki i wnioski:

Nazwa substancji	Ilość kropel	Napięcie powierzchniowe	Parachora [(kg^1/4*m^3)/(kmol*s^1/2)]
			eksperymentalna	obliczona
aceton	75, 74, 74	24,24 mN/m	288*10^-4	284,8*10^-4
oktan	72, 71, 71	22,47 mN/m	628,1*10^-4	615,2*10^-4
C6H12	66, 66, 67	26,79 mN/m	436,2*10^-4	426,6*10^-4
octan etylu	88, 87, 88	23,45 mN/m	382,5*10^-4	455,1*10^-4
C4H8O2	61, 63, 62	38,03 mN/m	307,8*10^-4	359,2*10^-4
metanol	77, 77, 77	23,45 mN/m	158,1*10^-4	155,4*10^-4
izobutylometyloketon	76, 76, 77	23,91 mN/m	491,5*10^-4	492,7*10^-4
woda	32, 31, 31	72,75 mN/m	93,6*10^-4	96,4*10^-4

Obliczanie napięcia powierzchniowego:

korzystamy z równania: γ = γ_w * [(d * n_w) / (d_w * n)]; γ_w = 72,75 mN/m

dla acetonu napięcie powierzchniowe jest równe:

γ = 72,75 mN/m * [(0,7899 * 10³kg/m * 31,33) / (0,9992 * 10³kg/m * 74,33)]

γ = 24,24 mN/m

Obliczanie parachory eksperymentalnej:

korzystamy z równania: P = γ^1/4 * (M / d_c)

dla acetonu wartość parachory wynosi:

P = (24,24*10^-3 N/m)^1/4 * (58 kg/kmol / 0,7899 * 10³ kg/m³)

P = 288*10^-4 (kg^1/4*m³)/(kmol*s^1/2)

Parachora obliczona:

korzystamy z danych podanych w tabeli:

parachora acetonu C₃H₆O:

3*8,5*10^-4+6*30,4*10^-4+35,6*10^-4+8*0*10^-4+41,3*10^-4 = 284,8*10^-4 (kg^1/4*m³⁾/(kmol*s^1/2)

Wnioski dotyczące addytywności parachor badanych cieczy:

Parachora jest wartością addytywną, czyli można ją otrzymać przez dodanie wartości parachor atomów i wiązań danej substancji.

Ustalenie właściwych struktur związków:

C₆H₁₂:

a) 457,1*10^-4

b) 426,6*10^-4

Właściwa jest struktura b).

C₄H₈O₂:

a) 359,2*10^-4

b) 444,8*10^-4

Właściwa jest struktura a).