Wydział Geoinżynierii, Legnica, 28.02.2011

Górnictwa i Geologii

Politechniki Wrocławskiej

CHEMIA LABORATORIUM

Sprawozdanie z ćwiczenia

pt. „Zjawiska międzyfazowe”

grupa: poniedziałek, godz. 13.10

rok: pierwszy

1. WPROWADZENIE

Napięcie powierzchniowe - zjawisko fizyczne występujące na styku powierzchni cieczy z ciałem stałym, gazowym lub inną cieczą, dzięki któremu powierzchnia ta zachwuje się jak sprężysta błona. Polega na powstawaniu dodatkowych sił działających na powierzchnię cieczy w sposób kurczący ją. Przyczyną istnienia napięcia powierzchniowego są siły przyciągania pomiędzy molekułami cieczy. Napięcie powierzchniowe na granicy dwóch faz termodynamicznych (np. dwóch niemieszających się ze sobą cieczy) nazywane jest również napięciem międzyfazowym (www.wikipedia.pl)

γ = mg/2πr

W równaniu γ jest napięciem powierzchniowym, m - masa, g - przyspieszenie ziemskie równe 981 cm/s² (Instrukcja do ćwiczeń, Jan Drzymała).

Kąt zwilżania, kąt skrajny - kąt utworzony przez powierzchnię płaską ciała stałego i płaszczyznę styczną do powierzchni cieczy graniczącej z ciałem stałym lub do powierzchni rozdziału dwóch stykających się cieczy.

γ_sp = γ_sw + γ_wpcosα.

W równaniu γ_sp oznacza energię międzyfazową na granicy faz ciało stałe-powietrze, γ_sw - energia międzyfazowa na granicy faz ciało stałe-woda, γ_wp - energia międzyfazowa na granicy faz woda-powietrze, α - kąt zwilżania (Instrukcja do ćwiczeń, Jan Drzymała).

2. CZĘŚĆ EKSPERYMENTALNA

2.1. Doświadczenie 1. Obliczanie napięcia powierzchniowego wody.

2.1.1. Metodyka

Po zważeniu naczynka, nalano do niego 20 kropel wody. Za pomocą wagi wyznaczano ich masę. Suwmiarką zmierzono średnicą wewnętrzną wylotu kurka.

2.1.2. Obserwacje

Wyniki pomiarów:

liczba kropel n = 20

masa M = 2.08 g

masa jednej kropli m = M/n = 0.104 g

średnica wylotu kurka 2r = 0.58 cm

przyspieszenie ziemskie g = 981 cm/s²

γ =
56.02 mN/m.

Następnie wykonano pomiary dla ilości kropel równej 30:

liczba kropel n = 30

masa M = 3.03 g

masa jednej kropli m = M/n = 0.101 g

średnica wylotu kurka 2r = 0.58 cm

przyspieszenie ziemskie g = 981 cm/s²

γ =
54.40 mN/m.

2.1.3. Interpretacja i wnioski

Dokładna wartość napięcia powierzchniowego wody wynosi 72.8 mN/m. Różnica w wartościach obliczonego napięcia może mieć różne przyczyny. Może to wynikać między innymi z niedokładności wykonanych pomiarów (pomyłka w liczeniu kropel, różna wielkość kropel), bądź z tego, że woda z kranu nie jest czystym H₂O. Posiada w sobie różnego rodzaju zanieczyszczenia, co również wpływa na niedokładny pomiar.

2.2. Doświadczenie 2. Obliczanie kąta zwilżania.

2.2.1. Metodyka

Na wypolerowaną powierzchnię kawałka szkła, stali oraz polipropylenu gładkiego i szorstkiego naniesiono małą kroplę wody. Dokładnie obejrzano kształt kropli oraz kąt, jaki tworzy kropla wody z powierzchnią w miejscu styku trzech faz.

2.2.2. Obserwacje (papier milimetrowy)

2.2.3. Interpretacja i wnioski

Największy kąt zwilżania wystąpił na powierzchni stali - ° , zatem hydrofobowość tego materiału jest największa. Kąt zwilżania w przypadku polipropylenu szorstkiego i gładkiego wyniósł odpowiednio °. Natomiast szkło okazało się hydrofilne - kąt zwilżania wyniósł 0°.

3. LITERATURA CYTOWANA

Instrukcja do ćwiczeń z chemii, Jan Drzymała

www.wikipedia.pl

---