2001-03-12	Anna Stradomska	SMP II
Ćw. 16	Wpływ stężenia i temperatury na lepkość roztworów.	grupa 1	dr M. Mac

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia było zbadanie wpływu stężenia i temperatury na lepkość roztworów.

OPIS PRZEPROWADZONYCH POMIARÓW

1. Sporządzono 3 naważki sacharozy, a następnie rozpuszczono je w wodzie destylowanej w kolbach miarowych na 100cm³ i uzupełniono wodą destylowaną do kreski.

2. Przy pomocy piknometru wyznaczono gęstość badanych roztworów.

3. Za pomocą wiskozymetru Hoepplera zmierzono czas opadania kulki w wodzie ( w temperaturze pokojowej tj. 21°C ), a następnie czas opadania kulki w kolejnych roztworach.

4. Dla roztworu 15% zmierzono czas opadania kulki także w wyższych temperaturach: 33°C oraz 44°C.

OPRACOWANIE WYNIKÓW

W oparciu o znaną gęstość wody w temperaturze pomiaru ( 21°C ), obliczono gęstości sporządzonych roztworów sacharozy. Wyniki obliczeń zebrano w tabeli:

c [%] (wag./obj.)	mpikn. + roztwór [g]	mroztworu [g]	d [g/cm^3]
5	45,85	32,04	1,01728
10,03	46,87	33,06	1,049666
15,02	47,07	33,26	1,056016

(m_pikn. = 13,81 g , V_pikn. = 31,49575 cm³ )

Korzystając z podanych w tabeli wartości gęstości i lepkości wody w różnych temperaturach, obliczono lepkości badanych roztworów sacharozy. Gęstość roztworu sacharozy w wyższych temperaturach obliczono na podstawie jego gęstości w temperaturze pokojowej, przyjmując, że wpływ temperatury na gęstość roztworu jest taki sam, jak w przypadku wody.

Skorzystano z wzoru:

Wyniki obliczeń zebrano w tabeli:

c [%] (wag./obj.)	d [g/cm^3]	t [s]	tśr [s]	 [cP]
T = 21°C = 294 K
0	0,99823	12	12,7	1,0050
		13
		13
5	1,01728	14	14	1,0936
		14
10,03	1,049666	16	16,5	1,2546
		17
15,02	1,056016	19	19	1,4370
		19
T = 33°C = 306 K
15,02	1,051604	15	15	1,1387
		15
T = 44°C = 317 K
15,02	1,047574	14	14	1,0664
		14

Sporządzono wykres zależności lepkości od stężenia roztworów sacharozy w temperaturze 21°C i metodą regresji liniowej wyznaczono współczynniki prostej dopasowanej do punktów pomiarowych. Uzyskano wynik:

 = a c + b

a = 2,91 ± 0,31

b = 0,979 ± 0,029

Ponieważ zależność lepkości od temperatury wyraża równanie:

 = A exp(E/RT)

( A, E - stałe charakterystyczne dla danej cieczy, E - stała aktywacji lepkości )

co po zlogarytmowaniu daje:

więc w celu wyznaczenia energii aktywacji lepkości sporządzono wykres zależności ln od 1/T, i dopasowano prostą. Uzyskano wynik:

y = a x + b

a = ( 1224 ± 340 ) K

b = -3,8 ± 1,1

Zatem a = E / R, czyli E = aR = 10200 ± 2900 [J]

INTERPRETACJA WYNIKÓW

Zgodnie z równaniem Einsteina:

 = _o ( 1 + 2,5  )

Zatem lepkość powinna liniowo rosnąć ze wzrostem stężenia roztworu. Uzyskana doświadczalnie zależność dość dobrze spełnia ten warunek.

Ze względu na to, że w równaniu Einsteina stężenie  oznacza stosunek objętości cząsteczek substancji rozpuszczonej do objętości roztworu, a w ćwiczeniu stosowano stężenie wyrażone jako stosunek masy substancji rozpuszczonej do objętości roztworu, więc nie ma sensu porównywanie wartości współczynników kierunkowych prostych.

Wyznaczona doświadczalnie wartość energii aktywacji lepkości ( E = 10200 ± 2900 [J] ) obarczona jest dużym błędem (29%) wynikającym z tego, że punkty doświadczalne niezbyt dobrze spełniają zależność teoretyczną.

Ze względu na to, że pomiar czasu był możliwy tylko z dokładnością do 1 sekundy ( co wobec mierzonych czasów 12 -19 s daje błędy względne 5 - 9 % ), wszystkie wyznaczone wartości lepkości obarczone są dużymi błędami. Problematyczne jest także stosowanie regresji liniowej do zaledwie 3 lub 4 punktów pomiarowych.

2

2

---