¦çwiczenie 20 (wykonanie ¦çwiczenia i obliczenia) doc


Ćwiczenie 20

Wpływ substancji powierzchniowo czynnych na napięcie powierzchniowe. Izoterma absorpcji Gibbsa.

Opis wykonania ćwiczenia:

Włączyć wszystkie urządzenia termostatu. Termometr kontaktowy nastawić na temperaturę 298 K (25°C).

Dolną część naczyńka pomiarowego dokładnie umyć wodą wodociągową i wypłukać wodą destylowaną (nie wolno stosować do mycia naczyńka żadnych detergentów). Nakrętki oraz kapilary nie myć. Kapilarę z zewnątrz wytrzeć bibułką.

Wykonać pomiar napięcia powierzchniowego wody dla wody destylowanej. W ten sposób otrzymuje się wartość h woda - różnicę poziomów w manometrze, odpowiadającą zerowemu (c=0) stężeniu substancji powierzchniowo czynnej.

Przygotować 7 roztworów o różnych stężeniach, przez odpowiednie rozcieńczenie roztworu podstawowego w kolbie miarowej o pojemności 50 cm3. Najbardziej rozcieńczony roztwór powinien zawierać nie mniej niż 2 cm3 roztworu podstawowego, natomiast najmniej rozcieńczony roztwór - 40-42 cm3 roztworu podstawowego.

Wykonanie pomiaru napięcia powierzchniowego metodą Rebindera (modyfikacja podciśnieniowa).

Nalać badanej cieczy do dolnej części naczyńka pomiarowego (do kreski), zamknąć naczynie - końcówka kapilary musi być powyżej poziomu badanej cieczy. Połączyć naczynie z pozostałą częścią aparatury i zanurzyć w termostacie. Poziom cieczy w naczyniu pomiarowym powinien być 2-3 cm poniżej poziomu cieczy w termostacie.

Otworzyć kranik zamykający kontakt rurki „X” z atmosferą, celem wyrównania poziomów cieczy w manometrze. Napełnić zbiornik umieszczony z tyłu manometru wodą destylowaną i następnie napełnić biuretę wodą.

Po upływie 10 min. od chwili ustalenia się temperatury w termostacie, zamknąć kran przy rurce „X” i powoli wypuszczać wodę z biurety. Doprowadzić do styku kapilary z powierzchnią cieczy przez ostrożne wciskanie (ruchem obrotowym) kapilary w tulejkę gumową, przy ciągłym, powolnym wypływie wody z biurety. W momencie pojawienia się pierwszych pęcherzyków powietrza przy końcówce kapilary, zmniejszyć wypływ wody z biurety. Odczytać różnicę poziomów (hx) w ramionach manometru w momencie przerwania błonki powierzchniowej w kapilarze.

Przerwać styk kapilary z powierzchnią cieczy przez ostrożne wykręcenie rurki z tulejki. Wyrównać poziom cieczy w ramionach manometru przez otworzenie kranu X. W ten sposób powtórzyć pomiar trzykrotnie.

Analogicznie wykonać pomiary dla pozostałych roztworów.

Wykonać pomiar napięcia powierzchni owego nierozcieńczonego roztworu badanego (wydanego przez prowadzącego ćwiczenia). W ten sposób uzyskuje się wartość hmax - różnicę poziomów w manometrze, odpowiadającą maksymalnemu stężeniu substancji powierzchniowo czynnej.

Po zakończeniu pomiarów wyłączyć termostat z sieci elektrycznej oraz umyć naczynia szklane.

Podstawowe zależności matematyczne:

Równanie Gibbsa:

0x01 graphic
[N/m2]

Równanie Szyszkowskiego:

0x01 graphic
[N/m2]

gdzie: δ - napięcie powierzchniowe roztworu [N/m]

δ0 - napięcie powierzchniowe wody [N/m]

α,β - stałe

c - stężenie substancji powierzchniowo czynnej [mol/dm3]

Różniczkując i podstawiając otrzymujemy:

0x01 graphic

w warunkach granicznych - przy dużym stężeniu substancji powierzchniowo czynnej, gdy powierzchnia międzyfazowa jest wysycona - można pominąć jedność - wówczas:

0x01 graphic
[mol/m2]

0x01 graphic

Znajomość Γ pozwala obliczyć powierzchnię S0 przypadającą na część hydrofilową cząsteczki substancji powierzchniowo czynnej:

0x01 graphic
[m2/cząsteczkę]

gdzie: N - liczba Avogadro

Przy dużych stężeniach substancji powierzchniowo czynnej można w równaniu Szyszkowskiego przyjąć, że 1<<βc. Wówczas z przekształcenia równania otrzymujemy:

0x01 graphic

i po przekształceniu otrzymujemy równanie prostej:

0x01 graphic

0x01 graphic

gdzie: 0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

Wyniki obliczeń:

nr roztworu

cm3 wody

cm3 roztworu podstawowego

h [cm]

c[mol/m3]

ln c

σ [N/m]

σ

/(1+c)

woda

50

0

101

0

-

0,07197

-

0,3834

0

1

48

2

98

2

0,6931

0,06983

0,00214

0,2170

1,70E-06

2

40

10

82

10

2,3026

0,05843

0,01354

0,0793

3,11E-06

3

35

15

77

15

2,7081

0,05487

0,01710

0,0568

3,34E-06

4

30

20

75

20

2,9957

0,05344

0,01853

0,0442

3,46E-06

5

25

25

71

25

3,2189

0,05059

0,02138

0,0362

3,55E-06

6

20

30

69

30

3,4012

0,04917

0,02280

0,0307

3,60E-06

7

15

35

65

35

3,5553

0,04632

0,02565

0,0266

3,64E-06

8

10

40

63

40

3,6889

0,04489

0,02708

0,0235

3,68E-06

alkohol propylowy

0

50

55

50

3,9120

0,03919

0,03278

0,0190

3,72E-06

cmax = 50 mol/m3

α = 0,0097 N/m2

β = 0,3834 N/m2

Γ = 3,915 × 10-6 mol/m2

S0 = 4,24 × 10-19 m2/cząsteczkę

Wnioski:

Dodatek alkoholu propylowego, który jest substancją powierzchniowo czynną, do wody powoduje obniżenie napięcia powierzchniowego. Na wykresie σ = f(c) widoczna jest liniowa zależność napięcia powierzchniowego roztworu od stężenia alkoholu propylowego.

Wykres Δσ = f(ln c) wskazuje na wykładniczą zależność przyrostu napięcia powierzchniowego od logarytmu naturalnego stężenia substancji powierzchniowo czynnej, jednakże z jego prostoliniowego zakresu można z dość dobrą dokładnością określić stałe α i β równania Szyszkowskiego. Warunek 1<<βc jest prawdziwy dla stężeń, dla których ln c przekracza wartość dla punktu przegięcia krzywej powstałej na podstawie punktów na wykresie Δσ = f(ln c), czyli powyżej około 25 mol/m3.

Wykres zależności Γ = f(c) pokazuje zależność stężenia substancji powierzchniowo czynnej w warstwie powierzchniowej roztworu od stężenia tej substancji w roztworze. Widzimy, że początkowo stężenie to szybko rośnie aż do osiągnięcia pewnej wartości stałej, gdy warstwa powierzchniowa staje się wysycona.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
ćwiczenie 20 (wykonanie ćwiczenia i obliczenia) doc
¦çwiczenie 19 (wykonanie ¦çwiczenia i obliczenia) doc
WI ZAN 4 DOC
ćwiczenie 7 (opis wykonania ćwiczenia i obliczenia) doc
WI ZAN 2 DOC
ćwiczenie 1 (opis wykonania ćwiczenia i obliczenia) doc
ćwiczenie 19 (wykonanie ćwiczenia i obliczenia) doc
ćwiczenie 3 (opis wykonania ćwiczenia i obliczenia) doc
WI TY 1 DOC
¦çwiczenie 1 (opis wykonania ¦çwiczenia i obliczenia) doc
ćwiczenie 5 (wykonanie ćwiczenia i obliczenia) doc
WI A WIANKI DOC
WI CEJ 1 DOC
Æwiczenia rozci¹gaj¹ce miêœnie klatki piersiowej doc
Sieci wi fi00 doc
ćwiczenie 30 (wykonanie ćwiczenia i obliczenia) doc
WI NIO 1 DOC
WI ZAN 3 DOC
WI ZAN 1 DOC

więcej podobnych podstron