Serwik Justyna
Nr 126619
Grupa: piątek 14-16
Temat ćwiczenia:
Podstawowe pomiary w mineralurgii
Wrocław, 15.10.2004r.
Doświadczenie 1 - Orientacyjne określenie gęstości ciała stałego.
Przebieg ćwiczenia
Kawałek węgla o średnicy kilku centymetrów zważono na wadze elektronicznej. Następnie zmierzono jego objętość poprzez określenie objętości wody wypartej przez badany kawałek węgla po całkowitym zanurzeniu w wodzie. Podobne oznaczenie wykonano dla kwarcu i pirytu.
Sprzęt laboratoryjny
Wykorzystany sprzęt:
cylindry miarowe
waga elektroniczna
Wyniki
|
Węgiel |
Kwarc |
Piryt |
Masa m [g] |
0,983 |
2,453 |
5,363 |
Objętość wypartej wody V [cm3] |
1,0 |
1,25 |
0,9 |
Gęstość substancji m / V [g/cm3] |
0,983 |
1,9624 |
5,96 |
Wnioski
Otrzymana gęstość węgla jest niższa od gęstości wody, zatem można by stwierdzić iż źle zostały wykonane pomiary bądź bryłka węgla zawierała dużą ilość powietrza w swej strukturze, które nie zostało wyparte przez wodę po zanurzeniu (np. bryłka węgla była węglem drzewnym). Pozostałe gęstości obliczone na podstawie doświadczenia tylko nieznacznie różnią się od gęstości wyliczonych na podstawie mas atomowych i wzorów chemicznych tych związków w czystej postaci.
Doświadczenie 2 - Określenie gęstości zawiesiny i zawartości w niej części stałych.
Przebieg ćwiczenia
Zważono określoną ilość rozdrobnionego węgla i sporządzono z niego zawiesinę z dokładnie odmierzoną ilością wody. W naszym przypadku odważono 8g węgla i 16 g wody. Po sporządzeniu zawiesiny odczytano jej objętość - 21,9 cm3.
Ze sporządzonej zawiesiny pobrano trzy próbki, umieszczono je na szkiełku zegarkowym (o znanej masie), zważono i wysuszono w suszarce w temperaturze 105°C do sucha. Określono suchą masę próbki.
Sprzęt laboratoryjny
waga elektroniczna,
cylinder miarowy
szkiełka zegarkowe
Wyniki
Gęstość uzyskanej zawiesiny
ρ = m / V
m = 24 [g]
V = 21,9 [cm3]
ρ = 24 / 21,9 [g / cm3]
ρ =1,096 [g / cm3]
Sucha masa:
Numer próbki |
Masa szkiełka ms[g] |
Masa szkiełka i zawiesiny mz [g] |
Masa próbki przed suszeniem [g] mp = mz-ms |
Masa szkiełka i zawiesiny po suszeniu mzs [g] |
Sucha masa próbki m = mzs-ms [g] |
Zawartość części stałych w zawiesinie [%] |
1 |
34,94 |
37,786 |
2,846 |
35,193 |
0,253 |
8,89 |
2 |
26,182 |
29,422 |
3,24 |
26,595 |
0,413 |
12,75 |
3 |
25,160 |
29,929 |
4,769 |
25,967 |
0,807 |
16,92 |
|
|
|
|
|
|
Śr: 12,85 |
Obliczenie zawartości części stałych w zawiesinie:
Xi = m *100/(mp) [%], i - numer próbki
i |
Xi |
1 |
8,89 |
2 |
12,75 |
3 |
16,92 |
śr |
Śr: 12,85 |
Średnia zawartość części stałych w zawiesinie:
Xśr = (X1+X2+X3) / 3
Rzeczywista zawartość części stałych w zawiesinie:
Xrz=8*100/(8+16) = 33,33 [%]
Wnioski
Jak nietrudno zauważyć otrzymane wyniki obliczeń zawartości części stałych w zawiesinie silnie różnią się od stanu rzeczywistego. Powodem może być zawilgocony węgiel, który na skutek osuszania oddał wilgoć, przez co jego masa rzeczywista w stosunku do wejściowej spadła. Natomiast wzrost zawartości w kolejnych próbkach może mieć przyczynę w czasie osuszania: kolejne próbki były osuszane coraz krócej w stosunku do swojej masy na skutek czego czas osuszania powinien zostać odpowiednio wydłużony. Jeśli węgiel był zawilgocony może to oznaczać iż jest on substancją higroskopijną (wchłaniającą wilgoć z otoczenia) lub został po prostu zawilgocony inną drogą.
Doświadczenie 3 - Pomiar pH.
Przebieg ćwiczenia
Sporządzono zawiesinę węgla w wodzie poprzez umieszczenie w probówce 2g węgla i 25 cm3 wody. Całość dobrze wymieszano i zmierzono pH zawiesiny. Taki sam pomiar wykonano dla zawiesiny z węgla wysuszonego w suszarce (węgiel utleniony).
Sprzęt laboratoryjny
Wykorzystany sprzęta laboratoryjny:
probówki
pH-meter
Wyniki
|
pH |
Węgiel utleniony |
7,33 |
Węgiel nieutleniony |
8,53 |
Stężenie jonów wodorowych w zawiesinie węgla utlenionego: 46,77 * 10-9 [mol/dm3]
Stężenie jonów wodorowych w zawiesinie węgla nieutlenionego: 2,95 * 10-9 [mol/dm3]
Wnioski
Odnosząc się z otrzymanymi wynikami do akwarystyki morskiej, można wnioskować iż są one poprawne. W akwarystyce morskiej z powodu małego ruchu wody CO2 akumuluje się obniżając jej pH. Tak więc jeśli węgiel jest częściowo utleniony można wnioskować, iż zawiesina sporządzona z wody i węgla nieutlenionego powinna mieć wyższe pH w stosunku do zawiesiny z węgla utlenionego. Ma to związek z wiązaniem się tlenków węgla z cząsteczkami wody tworząc kwas węglowy. Jeśli węgiel jest słabo utleniony to obniża się zawartość wolnych jonów H+ a tym samym powoduje wzrost wskaźnika pH według wzoru pH = -log(H+).
Doświadczenie 4 - Pomiar przewodnictwa.
Przebieg ćwiczenia
Sporządzono zawiesinę z węgla nieutlenionego i zmierzono jej przewodnictwo. Podobnie postąpiono w przypadku zawiesiny z węgla utlenionego. Pomiaru przewodnictwa dokonano również dla trzech roztworów NaCl o różnym stężeniu. Wykreślono krzywą kalibracyjną dla przewodnictwa roztworów NaCl. Z krzywej kalibracyjnej odczytano równoważną zawartość soli kuchennej w obu zawiesinach.
Reakcje chemiczne:
4FeS2 + 15O2 + 8H2O 2Fe2O3 + 8H2SO4
2FeS2 + 4H2O + 7O2 4H2SO4 + 2FeO
C + H2O + O2 H2CO3
Sprzęt laboratoryjny
probówki
przyrząd do pomiaru przewodnictwa
Wyniki
|
Przewodnictwo [mS/m] |
Zawiesina z węgla utlenionego |
0,54 |
Zawiesina z węgla nieutlenionego |
0,78 |
Roztwór NaCl 10-1 [kmol/dm3] |
17 |
Roztwór NaCl 10-2 [kmol/dm3] |
14 |
Roztwór NaCl 10-3 [kmol/dm3] |
2 |
Równoważna zawartość NaCl w zawiesinie z:
węgla utlenionego wynosi 10-3,79 [kmol/dm3]
węgla nieutlenionego wynosi 10-3,54 [kmol/dm3]
Wnioski
W tym doświadczeniu prawdopodobnie otrzymane wyniki zostały zamienione ze sobą, ponieważ im więcej wolnych jonów (dodatnich i ujemnych) tym przewodnictwo cieczy powinno być większe (jony stają się nośnikami prądu tak jak elektrony w metalu). Zawiesina na węglu utlenionym wykazuje niższe przewodnictwo (niższa przewodność -> większa rezystywność) bynajmniej nie na skutek niższej zawartości ogólnej jonów. W poprzednim doświadczeniu stwierdzono że zawiesina z węglem utlenionym ma niższe pH (więcej jonów dodatnich wodoru) ale zarazem więcej jonów ujemnych zawierających węgiel. Przewodność wynika z dysocjacji jonów wodorowych i węglowo-tlenowych na skutek powstania kwasu węglowego z utlenionego węgla i wody. Powstały kwas rozpuszczony jest w wodzie, która też częściowo ulega dysocjacji tworząc dodatkowe jony dodatnie (wodorowe) i ujemne (wodorotlenowe). Stają się one dodatkowymi nośnikami prądu. Dlatego też jeśli rozumowanie moje jest poprawne stwierdzam iż wyniki zostały zamienione ze sobą.
Doświadczenie 5 - Pomiar hydrofobowości.
Przebieg ćwiczenia
Kawałek węgla został wypolerowany papierem ściernym. Na wypolerowanej powierzchni została umieszczona kropla wody. Oszacowano kąt zwilżania poprzez odwzorowanie na kratkowanym papierze. Następnie kroplę usunięto, a powierzchnię węgla zabrudzono kilkoma kroplami oleju napędowego. Na tak przygotowanej powierzchni umieszczono kroplę wody, i podobnie jak poprzednio oszacowano kąt zwilżania.
Sprzęt laboratoryjny
W tym doświadczeniu wykorzystano:
papier ścierny,
zakraplacz,
menzurkę z wodą
dozownik z olejem napędowym
Wyniki
Odwzorowanie kąta zwilżania na czystej powierzchni węgla:
Kąt zwilżania na czystej powierzchni węgla wynosi ok. 45 °
Odwzorowanie kąta zwilżania na zanieczyszczonej powierzchni węgla:
Kąt zwilżania na zanieczyszczonej powierzchni węgla wynosi ok. 55°
Wnioski
Powierzchnia czystego węgla nie była wystarczająco czysta bądź gładka. Węgiel był najprawdopodobniej zbyt słabo wyszlifowany po poprzednim doświadczeniu w czasie którego mógł zbyt mocno przesiąknąć olejem, natomiast zeszlifowana warstwa była zbyt cienka i za bardzo porowata. Substancje hydrofilne (chłonące wodę) mają kąt zwilżania równy bądź bliski zeru, gdyż woda rozpływa się na nich. Natomiast kąt zwilżania dla wysoce hydrofobowych substancji (odpornych na wilgoć) osiąga wartość nawet 110o. Dla powierzchni zabrudzonej olejem znaczenie mogła mieć też warstwa oleju i sposób jej rozmieszczenia czy też wielkość kropli. Opisana metoda nosi nazwę „siedzącej kropli” i nie należy do dobrych metod. Lepszą metodą (dając wyniki zupełnie inne) jest metoda „uwięzionego pęcherzyka”, w której pęcherzyk powietrza zostaje uwięziony pod powierzchnią badanej substancji zanurzoną w wodzie. Metoda ta jest lepsza z powodu faktu, iż pęcherzyka powietrza nie niszczy jego ciężar jak ma to miejsce w naszej metodzie (gdzie zbyt duża kropla powoduje „zarwanie” jej środka i zerwanie napięć brzegowych oraz powierzchniowych.