WYZNACZANIE KRYTYCZNEGO STĘŻENIA MICELIZACJI ZWIĄZKU POWIERZCHNIOWO CZYNNEGO.

Wyniki dotyczące przewodnictwa roztworu właściwego KCl

Stężenie roztworu KCl [M]	Temperatura [ºC]	Przewodnictwo roztworu KCl L, [mS]	Stała naczyńka K, [m^-1]	Stała naczyńka Kśrednia [m^-1]
		L1KCl	L2KCl	L3KCL
0,1 M	20ºC	44,46	44,48	45,1
0,01M		4,828	4,848	4,863

Obliczenia:

1. stała naczyńka pomiarowego: $\mathbf{k =}\frac{\mathbf{\kappa}_{\mathbf{\text{KCl}}}}{\mathbf{L}_{\mathbf{\text{KCl}}}}\mathbf{\ \ \lbrack}\mathbf{m}^{\mathbf{- 1}}\mathbf{\rbrack}$

Wyniki dotyczące przewodnictwa roztworu surfaktanta.

Pierwsza seria pomiarów:

Nr pomiaru	Objętość dodawana (kumulatywna) roztworu SDS V, [cm^3]	Przewodnictwo roztworu SDS LS, [μS]	Stężenie roztworu SDS CS, [M]	Przewodnictwo właściwe roztworu SDS κ, [S·m^-1]	Przewodnictwo molowe Λ roztworu SDS Λ, [S·m^2/mol]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45	6,351 98,58 172,58 258,1 333,9 410,6 492,1 560,1 647,2 710 782,4 848,5 917,6 987,4 1056,8 1122 1188,9 1250,6 1312,7 1378,8 1436,5 1497 1553,1 1609,2 1665,7 1715,9 1771,2 1819,9 1868 1905,8 1946,1 1978,4 2007 2034 2060 2083 2104 2126 2148 2169 2189 2210 2230 2247 2267 2288	0 0,331 0,658 0,98 1,299 1,613 1,923 2,229 2,532 2,83 3,125 3,416 3,704 3,988 4,268 4,545 4,819 5,09 5,357 5,621 5,882 6,14 6,395 6,647 6,896 7,143 7,386 7,627 7,865 8,101 8,333 8,564 8,791 9,016 9,239 9,459 9,677 9,893 10,106 10,317 10,526 10,733 10,938 11,14 11,34 11,538	0,000159664 0,002478301 0,004338661 0,006488634 0,008394246 0,010322484 0,012371394 0,014080914 0,016270608 0,0178494 0,019669536 0,02133129 0,023068464 0,024823236 0,026567952 0,02820708 0,029888946 0,031440084 0,033001278 0,034663032 0,03611361 0,03763458 0,039044934 0,040455288 0,041875698 0,043137726 0,044527968 0,045752286 0,04696152 0,047911812 0,048924954 0,049736976 0,05045598 0,05113476 0,0517884 0,05236662 0,05289456 0,05344764 0,05400072 0,05452866 0,05503146 0,0555594 0,0560622 0,05648958 0,05699238 0,05752032	0 0,007487315 0,00659371 0,006621055 0,006462083 0,006399556 0,006433382 0,006317144 0,006425991 0,006307208 0,006294252 0,006244523 0,006227987 0,006224482 0,006224918 0,006206178 0,006202313 0,006176834 0,006160403 0,006166702 0,006139682 0,00612941 0,006105541 0,006086248 0,006072462 0,006039161 0,006028699 0,005998726 0,00597095 0,005914308 0,005871229 0,005807681 0,005739504 0,005671557 0,005605412 0,005536169 0,005466008 0,005402572 0,005343432 0,005285321 0,005228146 0,005176502 0,005125453 0,005070878 0,005025783 0,004985294

Druga seria pomiarowa:

Nr pomiaru	Objętość dodawana (kumulatywna) roztworu SDS V, [cm^3]	Przewodnictwo roztworu SDS LS, [μS]	Stężenie roztworu SDS CS, [M]	Przewodnictwo właściwe roztworu SDS κ, [S·m^-1]	Przewodnictwo molowe Λ roztworu SDS Λ, [S·m^2/mol]
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45	6,458 94,01 169,33 243,7 317,8 398,4 470,2 545,9 625,8 682,1 758,3 830,2 892 959,4 1026,4 1093,9 1156,5 1233,6 1293,6 1349,8 1409,5 1470,3 1528,3 1585,6 1646,4 1701,7 1756,7 1804 1855,5 1890 1940,9 1969,6 2002 2029 2056 2078 2101 2123 2144 2165 2186 2208 2226 2244 2263 2283	0 0,331 0,658 0,98 1,299 1,613 1,923 2,229 2,532 2,83 3,125 3,416 3,704 3,988 4,268 4,545 4,819 5,09 5,357 5,621 5,882 6,14 6,395 6,647 6,896 7,143 7,386 7,627 7,865 8,101 8,333 8,564 8,791 9,016 9,239 9,459 9,677 9,893 10,106 10,317 10,526 10,733 10,938 11,14 11,34 11,538	0,000162354 0,002363411 0,004256956 0,006126618 0,007989492 0,010015776 0,011820828 0,013723926 0,015732612 0,017147994 0,019063662 0,020871228 0,02242488 0,024119316 0,025803696 0,027500646 0,02907441 0,033933972 0,03543483 0,036963342 0,038421462 0,039861984 0,041390496 0,042780738 0,044163438 0,04535256 0,04664727 0,0475146 0,048794226 0,049515744 0,05033028 0,05100906 0,05168784 0,05224092 0,05281914 0,05337222 0,05390016 0,0544281 0,05495604 0,05550912 0,05596164 0,05641416 0,05689182 0,05641416 0,05689182 0,05739462	0 0,007140216 0,006469538 0,006251651 0,006150494 0,006209409 0,006147076 0,006156988 0,006213512 0,006059362 0,006100372 0,006109844 0,006054233 0,006047973 0,006045852 0,006050747 0,006033287 0,006666792 0,006614678 0,006575937 0,00653204 0,00649218 0,006472322 0,006436097 0,006404211 0,006349231 0,006315634 0,006229789 0,00620397 0,0061123 0,006039875 0,005956219 0,005879631 0,005794246 0,005716976 0,00564248 0,005569925 0,005501678 0,005437962 0,005380355 0,005316515 0,005256141 0,0052013 0,005064108 0,005016915 0,004974399

Obliczenia stężenia surfaktanta w [mol/m³]:

$\mathbf{C}_{\mathbf{S}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{C}_{\mathbf{0}}\mathbf{\bullet}\mathbf{V}}{\mathbf{100}\mathbf{+}\mathbf{V}}\mathbf{\lbrack}\mathbf{M}\mathbf{\rbrack}$ , gdzie C₀=0,05 mol/dm³= 50 mol/m³

Obliczenia przewodnictwa właściwego:

$$\mathbf{\kappa}_{\mathbf{S}}\mathbf{=}\mathbf{k}\mathbf{\bullet}\mathbf{L}_{\mathbf{S}}\left\lbrack \frac{\mathbf{S}}{\mathbf{m}} \right\rbrack$$

Obliczenia przewodnictwa molowego:

$$\mathbf{\Lambda}_{\mathbf{S}}\mathbf{=}\frac{\mathbf{\kappa}_{\mathbf{s}}}{\mathbf{C}_{\mathbf{s}}}\left\lbrack \frac{\mathbf{S}\mathbf{\bullet}\mathbf{m}^{\mathbf{2}}}{\mathbf{\text{mol}}} \right\rbrack$$

OPRACOWANIE I DYSKUSJA WYNIKÓW:

• Wykres zależności przewodnictwa właściwego od stężenia surfaktanta

1. Dla pierwszego pomiaru:

2. Dla drugiego pomiaru:

• Wykres zależności przewodnictwa molowego od stężenia badanego surfaktanta:

1. Dla pierwszego pomiaru:

2. Dla drugiego pomiaru:

• Porównanie wykresów:

Podczas wzrostu stężenia surfaktanta w roztworze obserwowano spadek przewodnictwa molowego oraz wzrost przewodnictwa właściwego roztworu.

Wzrost przewodnictwa właściwego jest zależny od ilości jonów obecnych w roztworze, ponieważ wraz ze wzrostem stężenia surfaktanta rośnie liczba jonów zdolnych do przenoszenia prądu elektrycznego. Wzrost stężenia dodawanej substancji powoduje natomiast zmniejszenie ruchliwości jonów, więc jednocześnie zmniejszenie przewodnictwa molowego roztworu. Minimalne różnice między pomiarami mogą wynikać z odczytu w niejednakowym odstępie czasu, różnej dodawanej ilości surfaktanta lub błędami w odczycie.

• Wykresy zależności przewodnictwa molowego od stężenia surfaktanta.

1. Wykres dla pierwszej serii pomiarów:

1. Wykres dla drugiej serii pomiarów:

Zgodnie z równaniami dwóch prostych, punkt przecięcia prostych jest punktem CMC i wynosi 5,12 mol/m³. CMC różni się od wartości literaturowej wynoszącej 8,3 mol/m³ co może być spowodowane zbyt szybkim odczytem pomiaru.

• Określenie współczynników kierunkowych constans1 oraz constans2 krzywych L1 i L2, stopnia jonizacji oraz standardowej entalpii swobodnej

Obliczenia dla pierwszej i drugiej serii pomiarów:

constans1 = -0,0005

constans2 = -0,0002

constans2=α∙constans1

α=

β=1 – α = 1 – 0,4 = 0,6

ΔG_M = RT(1+β)ln[CMC] = 8,314* (20+273)*(1+0,6)ln[5,12•10⁻³]= - 20558,3 [

Proces jest samorzutny, wskazuje na to ujemna wartość entalpii swobodnej.

Nowo powstające wiązania wodorowe mogą częściowo lub całkowicie skompensować wydatek energetyczny przy tworzeniu miejsca dla substancji niepolarnej. Dlatego, że dla całego procesu H może być ujemna, równa zeru lub dodatnia.

Struktura „klatratu” jest uporządkowana, co powoduje obniżenie entropii. Stąd S dla całkowitego procesu jest ujemna. Proces mieszania się wody i substancji niepolarnych jest spowodowany zmianami entropii. Podczas rozpuszczania niepolarnych cząsteczek w wodzie: H<0, S<0 oraz G>0.

W wyniku oddziaływań hydrofobowych cząsteczki niepolarnej substancji łączą się, uwalniając część uporządkowanych w klatratach cząsteczek wody, powodując tym samym wzrost entropii układu, S>0. Mimo, że taki proces jest endotermiczny H>0, rozrywamy bowiem więcej wiązań wodorowych niż ich tworzymy, to zmiany entropii powodują, że całkowity proces jest samorzutny G<0.

• Zależności potencjału chemicznego roztworu surfaktanta od jego stężenia można przedstawić za pomocą wykresu: