Magdalena Grabowska	WIMIiP	Data: 07.12.2012	Grupa: I Zespół: V	Ocena:
	Napięcie powierzchniowe w układzie faza ciekła – faza gazowa.			Numer ćwiczenia: 2

Cel ćwiczenia:

1. Pomiar napięcia powierzchniowego alkoholu oraz roztworu wskazanego detergentu metodami stalagmometryczną i pęcherzykową. Wyznaczenie błędów względnych i ocena dokładności metod.

2. Pomiar napięcia powierzchniowego (metodą stalagmometryczną lub pęcherzykową) roztworów wodnych detergentu oraz alkoholu o różnych stężeniach. Ustalenie w oparciu o uzyskane wyniki zakresu stosowalności równania Szyszkowskiego oraz ewentualne wyznaczenie współczynników tego równania.

3. Wykreślenie na podstawie danych tabelarycznych zależności napięcia powierzchniowego wody, glinu, cynku, cyny, ołowiu i miedzi od temperatury.W oparciu o ten wykres należy wyznaczyć wartość . Należy również wyznaczyć całkowitą energię powierzchniową tych substancji .

Wstęp:

Cząstka cieczy, znajdująca się na powierzchni fazowej ciecz-gaz, jest poddana oddziaływaniu sił między powierzchniowe obydwu ośrodków. Siła wypadkowa, skierowana prostopadle do powierzchni fazowej, dąży, do wciągnięcia cząstki w głąb cieczy. Objawia się to dążnością układu do zmniejszenia powierzchni fazowej. Zjawisko to nazywa się napięciem powierzchniowymi Miarą napięcia powierzchniowemu jest siła działająca na jednostkę długości na powierzchni fazowej ( siła styczna do tej powierzchni, dążąca do jej Zmniejszenia) lub praca potrzebna do zwiększenia powierzchni fazowej o jednostkę. Równoważnymi wymiarami napięcia powierzchniowemu są więc oraz .

Najmniejszą wartość stosunku wielkości powierzchni do objętością wykazuje kula. W wyniku działania napięcia powierzchniowemu dążącego do zmniejszenia powierzchni fazowej, ciecze zawieszone w fazie gazowej przyjmują kształt kulistych kropel itp. krople mgły. Zjawisko to staje się bardziej złożone w przypadku zetknięcia się trzech faz, itp. dwie fazy ciekłe i faza gazowa lub fazy ciekła, stała i gazowa itp. Na cząsteczkę cieczy znajdującą się na granicy zetknięcia się trzech faz oddziaływają siły międzycząsteczkowe trzech, ośrodków. W zależności od tego czy napięcia powierzchniowego na granicy faz ciekła-gazowa jest mniejsze czy większe niż na granicy faz ciekła-stała brak zwilżalności lub zwilżanie. . W obydwu przypadkach (powierzchni lub brak zwilżalności) zwiększa się ta powierzchnia, której rozbudowa jest związana z mniejszym nakładem energii.

Tematem ćwiczenia jest napięcie powierzchniowe na granicy faz ciekłej i gazowej. Napięcie powierzchniowe właściwe wyznacza się w układzie nie zawierającym obcych gazów (ciecz-para). powierzc obcych gazów, gdy nie reagują one z badaną cieczą, wpływa w powierzchniow małym stopniu na mierzoną wielkość.

Zależność napięcia powierzchniowemu cieczy od temperatury opisuje wyprowadzone przez Etövösa równanie (1):

(1)

gdzie: M oznacza ciężar cząsteczkowy, d – ciężar właściwy (stąd jest objętością jednego mola), T_K – temperatura krytyczna, K jest wartością stałą (w przypadku cieczy organicznych wynosi ona 2,12.).

Zależność napięcia powierzchniowemu od stężenia substancji rozpuszczonych posiada charakter złożony, zależny od rodzaju układu. Dla wodnych powierzch kwasów powierzchnio zależność tę ujmuje wyprowadzone przez Szyszkowskiego równanie (2):

(2)

gdzie: oznacza napięcie powierzchniowe czystego rozpuszczalnika, - roztworu, a oraz b są stałymi, c – stężeniem. Zależność napięcia powierzchniowemu od stężenia wiąże się w tym przypadku ze powierzchn adsorpcji substancji rozpuszczonej na granicy fazowej. Gdy mówimy o stopach metali brak jest ogólnego równania powierzchn zależność napięcia powierzchniowemu od stężenia, a dodatkowym czynnikiem komplikującym sytuację w tych układach jest powierzch powstawania różnych związków.

Z definicji napięcia powierzchniowego wiemy że, zmiana wielkości powierzchni fazowej wiąże się z efektami energetycznymi. Zmiana energii swobodnej związana ze wzrostem powierzchni o 1 cm² jest równa potrzebnej do tego pracy, stąd możemy wnioskować, że energia swobodna 1 cm² powierzchni fazowej jest równa napięciu powierzchniowemu:

(3)

Gdy uwzględnimy znane zależności :

i

możemy przedstawić U, czyli całkowita energię 1 cm² powierzchni fazowej w postaci:

(4)

OPRACOWANIE WYNIKÓW:

Metoda stalagmometryczna

Substancja	Ciężar właściwy d	Ilość kropel w kolejnych pomiarach n	Głębokość zanurzenia kapilary h[mm]
H2O	1,00	59	20	1,00	72,583
		67
		61
		62,33
Alkohol etylowy 96%	0,807	125	20	0,4	29,033
		126
		126
		125,67
0,1% roztwór mydła	1,00	92	20	0,663	48,123
		98
		92
		94

OBLICZENIA (metoda stalagmometryczna):

BŁĘDY POMIAROWE (metoda stalagmometryczna):

2,1% 2,2%

Metoda pęcherzykowa

Substancja	Ciężar właściwy d	Manometryczna różnica poziomów h’[mm]	Głębokość zanurzenia kapilary h[mm]
H2O	1,00	35	20	1,00	72,583
		35
		39
		36,34
Alkohol etylowy 96%	0,502	23	20	0,297	21,557
		20
		23
		22
0,1% roztwór mydła	1,00	25	20	0,367	26,638
		27
		26
		26

OBLICZENIA (metoda pęcherzykowa):

BŁĘDY POMIAROWE (metoda pęcherzykowa):

10,8% 7,8%

Zależność napięcia powierzchniowego wody i szeregu metali od temperatury

H2O		Sn		Pb		Al		Zn		Cu
t^0		t^0		t^0		t^0		t^0		t^0
[^oC]		[^oC]		[^oC]		[^oC]		[^oC]		[^oC]
0	75.626	232	578.8	327	469.9	706	494	420	773.0	1131	1103
5	74.860	250	575.8	370	465.9	762	489	505	762.2	1150	1145
10	74.113	300	566.0	425	447.3	794	483	545	749.5	1200	1154
15	73.350	350	556.2	472	443.4	816	480	616	739.7	1215	1166
20	72.583	400	545.4	507	440.5	897	469	635	728.9
25	71.810	450	535.6	557	430.7	906	466
30	71.035	500	525.8	610	421.8	935	463
35	70.230	550	516.0	657	415.9
40	69.416	600	506.2
45	68.592
50	67.799
55	66.894
60	66.040
65	65.167
70	64.274
75	63.393
80	62.500
85	61.587
90	60.684
95	59.763

Woda:

Cyna:

Ołów:

Glin:

Cynk:

Miedź:

Pomiary napięcia powierzchniowego roztworu wody z detergentem o różnych stężeniach (metoda pęcherzykowa):

Stężenie	Ciężar właściwy dX	Ciśnienie manometryczne [mm]	Głębokość zanurzenia kapilary h [mm]	Napięcie powierzchniowe	Błąd względny
0,49	1	27,66	20	34,04	4,4	68,08	0,015
0,99		33,67		60,75	1,83	60.75	0,016
1,96		34,33		63,66	2,0	31,83	0,031
2,91		33,00		57,78	1,38	19,26	0,052
3,85		33,33		59,28	8,99	14,82	0,067
3,85		33,33		59,28	1,49	11,86	0,084

Wykres zależności stężenia roztworu mydła od odwrotności pochodnej:

OPRACOWANIE WNIOSKÓW:

Metoda stalagmometryczna bez wątpienia jest dokładniejsza od metody pęcherzykowej, czemu dowodzą wyniki pomiarów. Błąd pomiaru, który oszacowałam dla metody stalagmometrycznej jest mniejszy niż dla metody pęcherzykowej.

Analizując dane z tabeli-zależność napięcia powierzchniowego wody i szeregu metali od temperatury wyznaczyłam 1 cm^2 powierzchni gazowej. Cynk- U=909,73 posiada największą energię powierzchniową, najmniejszą natomiast woda- U=121,22

Następnie za pomocą metody pęcherzykowej dokonałam pomiaru napięcia powierzchniowego roztworu detergentu w wodzie. Można jednak stwierdzić że doświadczenie to nie zostało wykonane błędnie, ponieważ napięcie powierzchniowe roztworu powinno maleć wraz ze wzrostem stężenia detergentu. Obserwując wyniki mamy inną sytuacje. Sporządziłam jednak wykres odwrotności pochodnej w zależności od stężenia na podstawie danych zamieszczonych w tabeli.

Zaleznosc jest prostoliniowa. Prosze w takim ukladzie wyznaczyc parametry rownania. Prosze opisac lub graficznie przedstawic jak PAni to robi

tak mi napisala ssu..;/