Numer ćwiczenia: 6	Temat ćwiczenia: Wyznaczanie izoterm absorpcji substancji powierzchniowo czynnych na podstawie pomiarów napięcia powierzchniowego.	Data wykonania doświadczenia:
				Data oddania sprawozdania: 02.06.09r.
Grupa: C2	Imię i nazwisko: Katarzyna Sarnek	Nazwisko sprawdzającego: mgr J. Łęgowik
Uwagi:		Ocena:

1. Cel doświadczenia:

Celem przeprowadzonego doświadczenia było wyznaczenie napięcia powierzchniowego badanych roztworów alkoholi i wykreślenie izoterm adsorpcji dla tych alkoholi.

2. Przebieg doświadczenia:

Wykonanie:

● Przygotowano trzy serie roztworów: etanolu, propanolu i pentanolu (po 6 roztworów każda).

● Pierwszy roztwór z serii sporządzono przez zmieszanie 10 cm³ odpowiedniego alkoholu i takiej samej objętości wody 4-krotnie destylowanej.

● Natomiast kolejny roztwór z serii sporządzono przez pobranie 10 cm³ wody 4-krotnie destylowanej i roztworu alkoholu wcześniej sporządzonego. W ten sposób przygotowano roztwory o coraz większym rozcieńczeniu aż do szóstego.

● Następnie zmierzono tensometrem siłę konieczną do oderwania pierścienia platynowego od warstwy cieczy dla wody 4-krotnie destylowanej oraz dla każdego roztworu.

● Pomiary wykonywano zaczynając od próbki o największym rozcieńczeniu.

● Pomiędzy pomiarami każdego z alkoholi platynowy pierścień poddawano prażeniu.

3. Zestawienie wyników:

Tabela 1. Wyniki otrzymane podczas przeprowadzonego doświadczenia.

ETANOL
Nr roztworu	Stężenie [mol/dm^3]	Pomiary tensjometryczne [mN/m]
1a	0,0310	75,6
2a	0,0620	74,7
3a	0,1250	73,2
4a	0,2500	70,1
5a	0,5000	67,0
6a	1,0000	61,2

Tabela 2. Wyniki otrzymane podczas przeprowadzonego doświadczenia.

PROPANOL
Nr roztworu	Stężenie [mol/dm^3]	Pomiary tensjometryczne [mN/m]
1b	0,0160	75,2
2b	0,0310	74,2
3b	0,0620	72,0
4b	0,1250	68,4
5b	0,2500	62,8
6b	0,5000	55,5

Tabela 3. Wyniki otrzymane podczas przeprowadzonego doświadczenia.

PENTANOL
Nr roztworu	Stężenie [mol/dm^3]	Pomiary tensjometryczne [mN/m]
1c	0,0039	69,6
2c	0,0078	68,9
3c	0,0156	66,0
4c	0,0313	59,1
5c	0,0625	49,8
6c	0,1250	40,9

Tabela 4. Wyniki otrzymane podczas przeprowadzonego doświadczenia.

Woda 4-destylowana
Stężenie [mol/dm^3]	Pomiary tensjometryczne [mN/m]
0,0000	76,5

T=22^oC => 295K

4.Opracowanie wyników:

Napięcie powierzchniowe badanych roztworów

Skorzystano ze wzoru:

gdzie: σ - napięcie powierzchniowe roztworu,

f - współczynniki poprawkowy,

W - maksymalna wartość odczytana ze wskazań tensometru

d_H2O - gęstość wody, d_H2O=0,9978 [g/cm³] (w T=22^oC)

Wyniki obliczeń zebrano w tabeli 5.

Tabela 5. Napięcie powierzchniowe badanych roztworów.

ETANOL		PROPANOL		PENTANOL
Stężenie [mol/dm^3]	σ [mN/m]	Stężenie [mol/dm^3]	σ [mN/m]	Stężenie [mol/dm^3]	σ [mN/m]
0,0310	71,4709	0,0160	71,0651	0,0039	65,4148
0,0620	70,5583	0,0310	70,0519	0,0078	64,7126
0,1250	69,0405	0,0620	67,8293	0,0156	61,8129
0,2500	65,9169	0,1250	64,2115	0,0313	54,9758
0,5000	62,8110	0,2500	58,6312	0,0625	45,8992
1,0000	57,0474	0,5000	51,4434	0,1250	37,3617

Wykresy zależności napięcia powierzchniowego od stężenia

Wykresy sporządzono dla każdego z alkoholi.

Wykres 1. Zależność napięcia powierzchniowego od stężenia dla roztworu etanolu.

Wykres 2. Zależność napięcia powierzchniowego od stężenia dla roztworu propanolu.

Wykres 3. Zależność napięcia powierzchniowego od stężenia dla roztworu pentanolu.

Dopasowanie funkcji kwadratowej do punktów na wykresie dobrze wiąże napięcie powierzchniowe ze stężeniem co można stwierdzić na podstawie współczynnika korelacji, który jest bliski jedności dla każdego z otrzymanych wykresów.

Zgodność z regułą Traubego.

Reguła Traubego mówi, że każda nowa grupa CH₂ wprowadzona do łańcucha węglowodorowego zwiększa ok. 3,2 razy zdolność substancji do obniżania napięcia powierzchniowego.

Aby sprawdzić regułę Traubego wystarczy porównać stężenia w obrębie szeregu homologicznego dla danego napięcia powierzchniowego.

Dla trzech wartości napięcia powierzchniowego: 65, 60 i 55 [mN/m] wyznaczono stężenia alkoholi: etanowego, propanowego i pentanowego korzystając z równań funkcji kwadratowych, które uzyskano wykreślając wykresy zależności między napięciem powierzchniowym a stężeniem.

Wyniki obliczeń zebrano tabeli 6.

Tabela 6. Zgodność z regułą Traubego.

Wartość napięcia powierzchniowego σ [mN/m]	Rodzaj cieczy
		etanol	propanol		pentanol
		Stężenie [mol/dm^3]
65	0,336	0,114	0,006	2,94
60	0,676	0,214	0,018	3,16
55	-	0,346	0,032	-

Porównując wartości stężeń dla tej samej wartości napięcia można zauważyć, że reguła Traubego jest spełniona choć obserwuje się pewne odstępstwa od oczekiwanej wartości.

Nadwyżka powierzchniowa

Skorzystano ze wzoru:

gdzie :

- wartość otrzymana w wyniku zróżniczkowania równania otrzymanego przez dopasowanie krzywej do punktów na wykresie. Ogólna postać funkcji wielomianowej to
a pochodna
wynosi:

Γ - nadwyżka powierzchniowa,

c - stężenie,

R - uniwersalna stała gazowa,

T - temperatura,

σ - napięcie powierzchniowe

Dla etanolu:

=

Dla propanolu:

=

Dla pentanolu:

=

Wyniki obliczeń zebrano w tabeli 7.

Tabela 7. Nadwyżka powierzchniowa

ETANOL			PROPANOL			PENTANOL
c [mol/dm^3]		Γ [kmol/m^2]	c [mol/dm^3]		Γ [kmol/m^2]	c [mol/dm^3]		Γ [kmol/m^2]
0,0310	-23,0336	0,2911	0,0160	-65,6812	0,4285	0,0039	-441,9182	0,7027
0,0620	-22,4893	0,5685	0,0310	-64,1017	0,8102	0,0078	-428,7453	1,3635
0,1250	-21,3830	1,0898	0,0620	-60,8374	1,5379	0,0156	-402,3996	2,5595
0,2500	-19,1880	1,9559	0,1250	-54,2035	2,7625	0,0313	-349,3705	4,4586
0,5000	-14,7980	3,0168	0,2500	-41,0410	4,1834	0,0625	-243,9878	6,2175
1,0000	-6,0180	2,4537	0,5000	-14,7160	3,0000	0,1250	-32,8845	1,6760

Wykres zależności Γ od stężenia

Wykresy sporządzono dla każdego z badanych alkoholi.

W sporządzonych wykresach =f(c) dla każdego z badanych alkoholi pominięto punkt dla największego stężenia ze względu na znaczne odstępstwa od pozostałych wyników.

Wykres 4. Zależność nadwyżki powierzchniowej od stężenia dla roztworu etanolu.

Wykres 5. Zależność nadwyżki powierzchniowej od stężenia dla roztworu propanolu.

Wykres 6. Zależność nadwyżki powierzchniowej od stężenia dla roztworu pentanolu.

Następnie obliczono (Tabela 8.) wielkości c/ i sporządzono wykresy c/=f(c)-izotermy adsorpcji.

Tabela 8. Wielkości c/

ETANOL			PROPANOL			PENTANOL
C [mol/dm^3]	Γ [kmol/m^2]	c/ Γ	c [mol/dm^3]	Γ [kmol/m^2]	c/ Γ	c [mol/dm^3]	Γ [kmol/m^2]	c/ Γ
0,0310	0,2911	106,480	0,0160	0,4285	37,341	0,0039	0,7027	5,550
0,0620	0,5685	109,058	0,0310	0,8102	38,262	0,0078	1,3635	5,720
0,1250	1,0898	114,700	0,0620	1,5379	40,315	0,0156	2,5595	6,095
0,2500	1,9559	127,821	0,1250	2,7625	45,249	0,0313	4,4586	7,020
0,5000	3,0168	165,741	0,2500	4,1834	59,760	0,0625	6,2175	10,052
1,0000	2,4537	407,549	0,5000	3,0000	166,664	0,1250	1,6760	74,583

W sporządzonych wykresach c/=f(c) dla każdego z badanych alkoholi pominięto punkt dla największego stężenia ze względu na znaczne odstępstwa od pozostałych wyników.

Wykres 7. Zależność c/ Γ dla roztworu etanolu.

Wykres 8. Zależność c/ Γ dla roztworu propanolu.

Wykres 9. Zależność c/ Γ dla roztworu pentanolu.

Wartości stałych Γ_∞ oraz A

Liniowa postać izotermy Langumira ma postać:

Zatem, wartości A i Γ_∞ można wyznaczyć z równania linii trendu o równaniu ogólnym y=ax+b:

Γ_∞ =

A = b ∙Γ_∞

Dla etanolu:

Γ_∞⁼0,0079 mol/m²

A= 0,790

Dla propanolu:

Γ_∞ ⁼0,0104 mol/m²

A= 0,363

Dla pentanolu:

Γ_∞⁼0,0130 mol/m²

A= 0,065

5. Dyskusja wyników:

W wyniku przeprowadzonego doświadczenia wyznaczono izotermy adsorpcji substancji powierzchniowo czynnych na podstawie pomiarów napięcia powierzchniowego.

Analizując wyniki doświadczenia zauważono, że wraz ze wzrostem stężenia substancji powierzchniowo czynnej napięcie powierzchniowe maleje, co jest zgodne z oczekiwaniami, gdyż surfaktanty to substancje, których zadaniem jest obniżanie napięcia powierzchniowego roztworu w którym się znajdują.

Otrzymane izotermy spełniają równanie Langmuira ponieważ zależności
są

prostoliniowe dla badanych alkoholi.

Potwierdzono również regułę Traubego, choć obserwuje się pewne odstępstwa od wartości oczekiwanej. Przyczyną tego może być nieprecyzyjne sporządzenie roztworów alkoholi bądź byt zbyt szybkie opuszczanie podnośnika, czego skutkiem mogło być zaobserwowanie wartości, która nie była najwyższą możliwą dla danego roztworu.

---