chemia fizyczna laboratoria, 131 vigor, 97


98.10.26

Igor Czerski

Wydział Chemiczny

Laboratorium z chemii fizycznej

ćwiczenie Nr 131

Temat: „Wpływ elektrolitu na lepkość rozpuszczalników dwuskładnikowych”

Igor Czerski

Wydział Chemiczny

kurs magisterski

Nr grupy dziekańskiej 1

Zagadnienia teoretyczne

W stałej temperaturze podczas przepływu wymuszonego gradientem ciśnienia zewnętrznego grad(p) szybkości warstw cieczy vi różne i zależą od ich odległości od osi przepływu r. Zmiana szybkości warstw jest skutkiem dynamicznej lepkości cieczy  i można ją obliczyć rozwiązując równanie Naviera-Stokesa dla określonych warunków przepływu:

0x08 graphic

Lepkość cieczy , właściwość makroskopowa jest skutkiem oddziaływań międzycząsteczkowych i molekularnej strukturze cieczy. Lepkość roztworów dwu- i więcej składnikowych może być źródłem informacji o zmianach struktury spowodowanych zmianą składu roztworu.

W temperaturze pokojowej lepkości rozpuszczalników dwuskładnikowych nie są addytywne i ich zależności od składu roztworu nie można przewidzieć w oparciu o lepkości czystych składników. Nieliniowe zmiany lepkości z ułamkiem molowym składnika organicznego są charakterystyczne dla rozpuszczalników wodno-organicznych, szczególnie jeżeli składnik organiczny ma dobrze wykształconą strukturę.

Wpływ stężenia elektrolitu na lepkość rozpuszczalnika opisuje doświadczalne równanie Jonesa i Dola:

0x08 graphic

W którym  oznacza lepkość roztworu elektrolitu o stężeniu molarnym m, natomiast 0 jest lepkością rozpuszczalnika.

Współczynnik A zależy od oddziaływań międzyjonowych. Współczynnik B jest miarą oddziaływań jonów z cząsteczkami rozpuszczalnika jeżeli elektrolit dzięki wytworzeniu dobrze uporządkowanych, stabilnych sfer solwatacyjnych wzmacnia strukturę rozpuszczalnika (jak np. układy woda-LiCl...LiF, NaF, MgCl2) B przyjmuje wartości dodatnie. Wartości B bliskie zeru lub nieznacznie ujemne świadczą albo o braku wpływu elektrolitu na strukturę, albo o nieznacznej niezgodności struktur rozpuszczalnika i sfer solwatacyjnych jonów. Wyraźne dodatnie wartości przyjmuje wsp. B dla wodnych roztworów soli tetraalkiloamoniowych.

W rozpuszczalnikach słabo uporządkowanych, np. acetonie, acetonitrylu, wsp. B dla halogenków metali alkalicznych jest dodatni, natomiast w rozpuszczalnikach o strukturze dobrze wykształconej wsp. B dla tych samych soli przyjmuje wartości ujemne. Dzięki temu halogenki metali alkalicznych są stosowane jako próbniki w badaniach struktury rozpuszczalników dwuskładnikowych.

Sprawozdanie

Otrzymałem układ MeOH-H2O w stosunku 1:4.

Otrzymałem zadane stężenia roztworów 0,2; 0,1; 0,05; 0,01; 0,005kol/dm3

Zważyłem KCl dla próbek 1 i 3

1. 0,8167g ; 0,0109mola ; 0,215mol/dm3

3. 0,2054g ; 2,75*10-3mola ; 0,055mol/dm3

resztę roztworów uzyskałem metodą kolejnych rozcieńczeń. Zatem stężenia molowe roztworów wynoszą kolejno (w mol/dm3)

  1. 0,218

  2. 0,109

  3. 0,055

  4. 0,011

  5. 0,0055

Lp.

Stężenie (mol/dm3)

Gęstość (g/cm3)

Średni czas wypływu(s)

Lepkość

(cP)

Cząstkowa objętość molowa(cm3/mol)

1

0,218

0,9835

141,54

1,312

17,72

2

0,109

0,9771

143,08

1,318

19,14

3

0,055

0,9744

143,39

1,317

13,11

4

0,011

0,9724

143,91

1,319

-54,30

5

0,0055

0,9720

144,28

1,321

-110,47

mix

---------

0,971

144,43

1,322

----------

Gęstości, po zważeniu roztworów w piknometrze o masie 8 1063g wynoszą kolejno

  1. 9,2693g ; 0,9835 g/cm3

  2. 9,2089g ; 0,9771 g/cm3

  3. 9,1833g ; 0,9744 g/cm3

  4. 9,1648g ; 0,9724 g/cm3

  5. 9,1614g ; 0,9720 g/cm3

gęstość układu MeOH-H2O obliczam ze wzoru:

dmix=0,99556-0,2546xm+0,056xm2-0,0111xm3

0x08 graphic

dmix=0,971 g/cm3

Lepkość układu MeOH-H2O obliczam ze wzoru:

mix=0,88307+5,8377xm-15,9185xm2+14,318xm3-4,573xm4

0x08 graphic
mix=1,322Pas

Cząstkowa objętość molowa roztworów soli obliczam ze wzoru:

0x08 graphic

Wykres zależności

0x08 graphic
0x08 graphic

Wyekstrapolowana wartość cząstkowej objętości molowej w nieskończenie rozcieńczonym roztworze wynosi -380cm3/mol

Wykres zależności

0x08 graphic
0x08 graphic

0x08 graphic

Wartość współczynnika A zależy od oddziaływań międzyjonowych a B- charakteryzuje oddziaływanie jonów z rozpuszczalnikiem. Wyznaczona wartość B wynosi -0,0135. Wartość ta świadczy o słabych oddziaływaniach pomiędzy KCl a rozpuszczalnikiem mieszanym H2O-MeOH co jest zgodne z danymi źródłowymi.

Wnioski:

Współczynnik B w równaniu Jonesa-Dole'a, wyznaczony przeze mnie na podstawie doświadczenia jest bliski zeru (-0,0135). Wartość ta mówi nam, iż KCl jest solą, która nie wpływa na strukturę rozpuszczalnika mieszanego jakim jest roztwór H2O-MeOH w stosunku objętościowym 4:1.

Metoda ta jest dobra tylko w zakresie stężeń soli od 0,05mol/dm3. Mniejsze stężenia zastosowane przy tym ćwiczeniu powodują zbyt duże odchylenia od rzeczywistości spowodowane dużym błędem przy wyznaczaniu gęstości tychże roztworów soli

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic

0x01 graphic



Wyszukiwarka