Wydział Geoinżynierii Legnica, 06.03.2011

Górnictwa i Geologii

Politechniki Wrocławskiej

Chemia

Sprawozdanie z ćwiczenia „Zjawiska międzyfazowe”

Grupa: poniedziałek 9⁴⁵-11¹⁵

Rok: pierwszy

1. POMIAR NAPIĘCIA POWIERZCHNIOWEGO

1. WPROWADZENIE

Tematem zajęć laboratoryjnych były zjawiska między fazowe. Jedno z wykonywanych ćwiczeń był pomiar napięcia powierzchniowego. Napięcie powierzchniowe jest zjawiskiem fizycznym zachodzącym na granicy faz – ciekłej i stałej lub gazowej. Cząsteczki cieczy przyciągają się, co powoduje wytworzenie się sił działających na powierzchni cieczy przyciągających cząsteczki do środka. Istnienie napięcia powierzchniowego decyduje o wznoszeniu się wody w kapilarach, utrudnia też zanurzanie się w cieczy niepodatnych na zwilżanie ciał. Kiedy ciecz spływa bardzo powoli (w tym przypadku kurka), tworzą się krople – odrywają się one dopiero wtedy, gdy siła grawitacji przewyższy siłę napięcia powierzchniowego. Krople są okrągłe, gdyż ciecz stara się osiągnąć możliwie najmniejszą powierzchnię przy danej objętości.. Napięcie powierzchniowe możemy oznaczyć w chwili oderwania się kropli: siła grawitacji równoważy wtedy napięcie powierzchniowe – stosuje się wówczas wzór:

2r = mg

r- promień kurka

 - napięcie powierzchniowe [mN/m]

m – masa kropli

g - przyspieszenie ziemskie (981 cm/s)

2. CZĘŚĆ EKSPERYMENTALNA

   1. Metodyka

Do małego czystego, zważonego naczyńka wagowego wlano 5, a później 50 kropel wody z kurka o średnicy 5,8 mm. Następnie pojemniki zostały zważone dla 5 i 50 kropel i obliczono napięcie powierzchniowe.

2.2. Obserwacje

W czasie wykonywania ćwiczenia trzeba dokładnie zwarzyć pojemnik z kroplami, żeby przy obliczaniu uzyskać jak najdokładniejszy wynik.

2.3. Interpretacja

Przedstawione wyniki i pomiary dla 5 i 50 kropel

Liczba spadających kropel n=5 n=50

Masa kropel i naczyńka 6,33g 11,0210g

Masa naczyńka 5,81g

Średnica wylotu kurka 2r=5,8mm

Waga 1 kropli dla obydwu pomiaru wynosiła M=0,10422g

Przyśpieszenie ziemskie g=981cm/s

Napięcie powierzchniowe wody

2r = mg

0,58*3,14*=0,10422*981

1,8212=102,23982

=56,13 (mN/m)

2.4 Wnioski

Dokładna wartość napięcia powierzchniowego wody wynosi 72 mN/m. Różnica może być spowodowana wielkością spadających kropel, albo zanieczyszczeniem wody. W ćwiczeniach dla porównania została wprowadzona jedna zmienna, wielkość wylotu kurka. Została przyjęta 5,6 mm, i napięcie powierzchniowe wody wynosiło 58,14. Wnioskując wprowadzając jedną zmienną w tym przypadku wylot kurka, zmienia się napięcie powierzchniowe wody.

3. LITERATURA CYTOWANA

Instrukcja do ćwiczeń z chemii, Jan Drzymała

www.wikipedia.pl

2. POMIAR KĄTA ZWILŻANIA

1. WPROWADZENIE

Pomiar kąta zwilżania polega na sprawdzeniu czy kropla po umieszczeniu na powierzchni ciała stałego rozpłynie się bądź pozostanie w postaci kropli. Polega to na oddziaływaniu trzech faz woda/ciało, woda/powietrze oraz ciało/powietrze.

Siły te wynikają z oddziaływań: polarnych, dyspersyjnych i specyficznych między drobinami faz.

Kąt, jaki tworzy kropla wody na materiale opisuje równanie Younga. Ma ono postać :

_sp= _sw +_wpcos

_sp – energia międzyfazowa na granicy faz ciało stałe – powietrze

_{sw -} energia międzyfazowa na granicy faz ciało stałe – woda

_wp – energia międzyfazowa na granicy faz woda – powietrze (dla cieczy równa napięciu powierzchniowemu)

 - kąt zwilżania

2. CZĘŚĆ EKSPERYMENTALNA

2.1 Metodyka

Na czystą wypolerowaną powierzchnię szkło, stal, polipropylen naniesiono za pomocą pipety małą kroplę wody. Następnie na papierze dozorowano i narysowano styczną do powierzchni kropli i obliczono kąt zwilżania.

2.2 Obserwacje

Kropla wody inaczej zachowywała się na każdej powierzchni

3. Interpretacja

Kąty kropli ze względu na powierzchnię

Stal 66

Polipropylen 53

3. Wnioski

Największy kąt zwilżania wystąpił na powierzchni stali - 66 ° , zatem hydrofobowość tego materiału jest największa. Kąt zwilżania w przypadku polipropylenu szorstkiego i gładkiego wyniósł odpowiednio 53 i 65 °. Natomiast szkło okazało się hydrofilne – kąt zwilżania wyniósł 0°. Kąty te nie są dokładne z powodu obserwacji kropel gołym okiem i ręcznego odwzorowywania.

3.LITERATURA CYTOWANA

Instrukcja do ćwiczeń, Jan Drzymała