numer ćwiczenia	Temat ćwiczenia Wyznaczanie izoterm adsorpcji substancji powierzchniowo czynnych na podstawie pomiarów napięcia powierzchniowego	data wykonania ćwiczenia 27.11.07
				data oddania sprawozdania 04.12.07
Grupa A1	Imię i nazwisko Małgorzata Cyza	Nazwisko sprawdzającego dr Anna Karewicz
Uwagi:		Ocena

1. Cel ćwiczenia:

Wyznaczenie zależności napięcia powierzchniowego od stężenia , nadwyżek powierzchniowych oraz izoterm adsorpcji substancji powierzchniowo czynnych.

II. Część doświadczalna:

1. Aparatura:

• Tensjometr

2. Odczynniki:

• 0,5 M alkohol propylowy

• 1,0 M alkohol etylowy

• 0,25 M alkohol butylowy

3. Wykonanie ćwiczenia:

1. Przygotowano po pieć rozcieńczeń dwukrotnych 1,0 M alkoholu etylowego,0,5M alkoholu propylowego i 0,25M alkoholu butylowego.

2. Napięcie powierzchniowe zmierzono kolejno dla wszystkich roztworów tensometrem, rozpoczynając od roztworu najmniej stężonego.

4. Wyniki pomiarów:

Tab. 1 napięcie powierzchniowe 4x destylowanej wody

l.p.	Napięcie powierzchniowe H2O(4x dest)
1	78
2	78
3	78,1

Ostatni wynik odrzucono ze względu na odchylenie od pozostałych pomiarów.

Tab. 2 zmierzone napięcie powierzchniowe rozcieńczeń 1M alkoholu etylowego

l.p.	1M alkohol etylowy
		Napięcie powierzchniowe
1	74,3	74,4	74,4
2	73,4	73,0	73,0
3	69,4	69,2	69,2
4	68,4	68,4	68,3
5	67,8	67,8	67,8
6	61,9	61,9	61,9

Skreślone wyniki odrzucono ze względu na odchylenie od pozostałych pomiarów.

Tab. 3 zmierzone napięcie powierzchniowe dla rozcieńczeń 0.25M alkoholu butylowego

l.p.	0,25M alkohol butylowy
		Napięcie powierzchniowe
1	76,2	76,3	76,2
2	74,7	74,8	74,8
3	71,6	71,6	71,6
4	66,3	66,4	66,3
5	59,0	59,0	59,0
6	50,7	50,8	50,8

Skreślone wyniki odrzucono ze względu na odchylenie od pozostałych pomiarów.

Tab. 4 zmierzone napięcie powierzchniowe dla 0,5M alkoholu propylowego

l.p.	0, 5M alkohol propylowy
		Napięcie powierzchniowe
1	76,8	76,8
2	75,7	75,7
3	73,5	73,5
4	69,5	69,5
5	63,6	63,6
6	55,4	55,4

3. Opracowanie wyników

1. Obliczenie napięcia powierzchniowego.

Napięcie powierzchniowe obliczono ze wzoru:

gdzie

D=0,99853

- współczynnik poprawkowy zależny od gęstości cieczy, średnicy pierścienia i średnicy drutu, z którego pierścień został wykonany.

Tab. 5 obliczone napięcie powierzchniowe dla rozcieńczeń alkoholu etylowego

Alkohol etylowy Temperatura 20^oC
Stężenie	W
1	61,9	0,9329	57,7439
0,5	67,8	0,9383	63,6158
0,25	68,4	0,9388	64,2165
0,125	69,2	0,9396	65,0186
0,0625	73,0	0,9431	68,8442
0,03125	74,4	0,9444	70,2603

Tab. 6 obliczone napięcie powierzchniowe dla rozcieńczeń alkoholu propylowego

Alkohol propylowy Temperatura 20^oC
Stężenie	W
0,5	55,45	0,9269	51,3979
0,25	63,5	0,9343	59,3299
0,125	69,5	0,9399	65,3196
0,0625	73,5	0,9435	69,3495
0,03125	75,7	0,9456	71,5786
0,015625	76,8	0,9466	72,6964

Tab. 7 obliczone napięcie powierzchniowe dla rozcieńczeń alkoholu butylowego

Alkohol propylowy Temperatura 20^oC
Stężenie	W
0,25	0,25	50,8	0,9226
0,125	0,125	59	0,9302
0,0625	0,0625	66,3	0,9369
0,03125	0,03125	71,6	0,9418
0,015625	0,015625	74,8	0,9447

2. Wykreślenie zależności napięcia powierzchniowego od stężenia dla badanych alkoholi.

Wykres 1:

Wykres 2:

Wykres 3:

3. Dla pięciu dowolnych stężeń każdego alkoholu wyznaczono nadwyżkę powierzchniową metodą graficzną na podstawie równań krzywych.

1. dla etanolu:

Odczytano równanie z wykresu 1

y = 6,2235x² - 17,562x + 69,352

(σ = Ac² + Bc + C)

Obliczono pochodną:

i otrzymane wyniki wstawiono do równania adsorpcji Gibbsa:

Analogicznie postępowano z kolejnymi dwoma roztworami alkoholi.

2. dla propanolu:

y = 53,621x² - 71,306x + 73,682

3. dla butanolu:

y = 361,36x² - 196,54x + 73,447

Tab. 8

etanol
c [mol/dm^3]		
0,03125	-17,17303	0,00022
0,0625	-16,78406	0,00043
0,125	-16,00613	0,00082
0,25	-14,45025	0,00148
0,5	-11,33850	0,00233
propanol
0,01563	-69,62981	0,00045
0,03125	-67,95469	0,00087
0,0625	-64,60338	0,00166
0,125	-57,90075	0,00297
0,25	-44,49550	0,00457
butanol
0,00781	-190,89556	0,00061
0,01563	-185,24389	0,00119
0,03125	-173,95500	0,00223
0,0625	-151,37000	0,00388
0,125	-106,20000	0,00545

4. Dla każdego alkoholu narysowano wykres zależności Γ(c) czyli izotermy adsorpcji.

Wykres 4: Zależność nadwyżki powierzchniowej od stężenia dla etanolu.

Wykres 5: Zależność nadwyżki powierzchniowej od stężenia dla propanolu.

Wykres 6: Zależność nadwyżki powierzchniowej od stężenia dla butanolu.

5. Sprawdzono, czy otrzymane izotermy adsorpcji spełniają równanie Langmuira i obliczono wartości stałych Γ_∞ i A na podstawie wykresów c/Γ = f(c).

Odrzucono wartość c/Γ dla stężenia 0,5mol/dm³ ze względu na zbytnie odchylenie od liniowego przebiegu wykresu

ponieważ
→ y = ax +b to _∞ =
, a stała A = _∞ · b

Γ_∞ = 8,14 ∙ 10^-3; A = 1,12

Γ_∞ = 0,012; A = 0,39

Γ_∞ = 0,011; A = 0,127

6. Wyniki obliczeń zestawiono w tabelach:

etanol Γ∞ = 8,14 ∙ 10^-3 ; A = 1,12
c [mol/dm^3]	Γ [mol/m^2]	c/Γ
0,03125	0,00022	141,85044
0,0625	0,00043	145,13781
0,125	0,00082	152,19186
0,25	0,00148	168,57854
0,5	0,00457	214,8434
propanol Γ∞ = 0,012 ; A = 0,39
c [mol/dm^3]	Γ [mol/m^2]	c/Γ
0,01563	0,00045	34,98505
0,03125	0,00087	35,84745
0,0625	0,00166	37,70704
0,125	0,00297	42,07203
0,25	0,00457	54,74715
butanol Γ∞ = 0,011 ; A = 0,127
c [mol/dm^3]	Γ [mol/m^2]	c/Γ
0,00781	0,00061	12,76092
0,01563	0,00119	13,15024
0,03125	0,00223	14,00363
0,0625	0,00388	16,09303
0,125	0,00545	22,93787

7. Wnioski:

Napięcie zależy od ciśnienia. Wraz ze wzrostem stężenia maleje napięcie powierzchniowe. Korzystając z równania adsorpcji Gibasa można stwierdzić, że wraz z gromadzeniem się substancji na powierzchni faz, co związane jest też ze wzrostem stężenia substancji, które powoduje wzrost ilości cząsteczek substancji rozpuszczonej na powierzchni rozpuszczalnika wartość napięcia powierzchniowego maleje. Izotermy adsorpcji potwierdzają, że wraz ze wzrostem stężenia rośnie też wartość nadwyżki powierzchniowej. Wyznaczone izotermy adsorpcji spełniają równanie Langmuira, co potwierdza liniowy przebieg wykresów zależności c/Γ = f(c). Współczynniki A wyznaczone z wykresów spełniają zależność Traubego, wartości tego współczynnika A dla każdego kolejnego związku homologicznego użytego w tym doświadczeniu w stosunku do współczynnika A związku poprzedniego to w przybliżeniu 3,2, odstępstwa od tego wyniku mogą być spowodowane zastosowanymi przybliżeniami.

11

---