Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z metodą wyznaczania współczynnika lepkości oraz wyznaczanie zależności między lepkością a stężeniem procentowym roztworu gliceryny.
Wstęp teoretyczny
Wielkościami, które charakteryzują ciecze są: napięcie powierzchniowe i lepkość cieczy
Napięcie powierzchniowe ρ cieczy powstaje w wyniku wzajemnego oddziaływania cząsteczek we wnętrzu i na powierzchni cieczy. Cząsteczki położone w warstwie powierzchniowej znajdują się w zupełnie innych warunkach jak cząsteczki znajdujące się we wnętrzu cieczy. Lepkość cieczy jest wynikiem sił tarcia wewnętrznego pomiędzy cząsteczkami cieczy.
Siły takie powstają przy ruchu jednej warstwy cieczy wzdłuż drugiej. Jest to wynikiem jakby zazębienia za pomocą cząsteczek, które przechodzą z jednej warstwy do drugiej przez pomyślane powierzchnie dzielące.
Lepkośc cieczy zależy od, rodzaju cieczy i temperatury cieczy. Wraz z podwyższeniem temperatury lepkość cieczy silnie maleje.
Mało ruchliwe płyny o dużej lepkości, jak oliwa lub gliceryna, to ciecze o dużym tarciu wewnętrznym.
Ciecze ruchliwe, jak eter, alkohol etylowy itp. to ciecze o małym tarciu wewnętrznym, czyli o małej lepkości
Znane są liczne metody wyznaczania lepkości cieczy. Do najczęściej stosowanych należą: metody oparte na pomiarze szybkości przepływu cieczy przez rurkę kapilarną oraz metody oparte na pomiarze szybkości opadania kulki w badanej cieczy. Przykładem wiskozymetru kapilarnego jest wiskozymetr Ostwalda.
Nie wiem co powinno tu jeszcze być ale coś na pewno… bo mało tego jest:/ może coś wiecej o Ostwaldzie. No nie wiem… Ale kilka zdan możesz dopisac ja już nie mam czasu na to.
Wykonanie ćwiczenia
Przygotowanie roztworów wodnych gliceryny
Na początku ćwiczenia do czterech ponumerowanych kolb stożkowych odmierzamy pipetą po 25 cm3 wody destylowanej, a potem dodajemy z biurety takie objętości 50% roztworu gliceryny, aby otrzymać roztwory o stężeniach 10%, 20%, 30%, 40%. W celu ustalenia ilość dodania gliceryny korzystamy z gęstości roztworu 50% podanek w danej temperaturze pomiaru w tabeli.
| Lp. | Cp [%] | d [g/cm3] | V [cm3] gliceryny | V [cm3] wody | V [cm3] roztworu |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 1 | 0 | 30 | 30,00 |
| 2 | 10 | 1,0221 | 5,44 | 24,56 | 30,00 |
| 3 | 20 | 1,047 | 11,16 | 18,84 | 30,00 |
| 4 | 30 | 1,0727 | 17,14 | 12,86 | 30,00 |
| 5 | 40 | 1,0995 | 23,43 | 6,57 | 30,00 |
| 6 | 50 | 1,1263 | 30 | 0 | 30,00 |
Wyznaczenie lepkości bezwzględnej roztworów gliceryny
Cieczą wzorcową stosowaną przy pomiarze lepkości będzie woda destylowana.
Przygotowane uprzednio roztwory gliceryny dokładnie mieszamy. Do wypłukanego wodą destylowaną wiskozymetru Ostwalda wlewamy dany roztwór gliceryny. Gumową gruszką zasysamy roztwór do ramienia z kapilarą tak, aby jego menisk znalazł się powyżej kreski a. Po usunięciu gruszki następuje swobodny spływ wody. W chwili, gdy dolny menisk osiągnie kreskę a uruchamiamy stoper i zatrzymujemy go w momencie gdy dolny menisk dojdzie do kreski b. Odczytamy na stoperze czas notujemy. Dla każdego roztworu gliceryny taki pomiar powtarzamy trzykrotnie, a następnie wyciągamy wartość średnią. Następnie mając średnie czasy przepływu roztworów gliceryny obliczamy lepkości bezwzględną i względną. Na sam koniec sporządzamy wykres zależności lepkości od stężenia roztworu.
Wyznaczenie lepkości i stężenia procentowego roztworu gliceryny otrzymanego do analizy – zadanie kontrolne.
Czas spływu roztworu przez wiskozymetr Ostwalda wykonujemy analogicznie do poprzedniego ćwiczenia. Aby obliczyć lepkość bezwzględną tego roztworu musimy znać gęstość roztworu. Gęstość tą wyznaczymy metodą piknometryczną. Wykonujemy to za pomocą przyrządu zwanego piknometrem. Pusty piknometr ważymy na wadze analitycznej otrzymując w ten sposób jego masę m1. Następnie do piknometru wlewamy wodę destylowaną (taką ilość, aby po zamknięciu korkiem została wypełniona całkowicie jego rurka kapilarna) i ponownie ważymy otrzymując w ten sposób masę m2. Po opróżnieniu piknometru wlewamy do niego ciecz badaną i ponownie ważymy na wadze analitycznej otrzymując masę m3. Masa cieczy badanej wynosi m3-m1, masa wody destylowanej w tej samej objętości i temperaturze wynosi m2-m1. Gęstość naszej badanej cieczy dx obliczamy z gotowych wzorów. Znając czas spływu i gęstość badanego roztworu, obliczamy jego lepkość bezwzględną i względną. Korzystając z wykresów zależności lepkości od stężenia roztworów gliceryny, znajdujemy stężenie gliceryny w analizowanym roztworze.
Obliczenia
Tabela przedstawia zestawienie wyników oznaczeń wiskozometrycznych
| Nr pomiaru | Stężenie roztworu [%] | Gęstość d [g*cm-3] |
Średni czas spływu t [s] | Lepkość bezwzględna [Pa*s] | Lepkość względna |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0 | 1 | 13,74 | 1,01*10-3 | 1 |
| 2 | 10 | 1,0221 | 17,77 | 1,34*10-3 | 1,32 |
| 3 | 20 | 1,047 | 24,95 | 1,92*10-3 | 1,90 |
| 4 | 30 | 1,0727 | 40,31 | 3,18*10-3 | 3,15 |
| 5 | 40 | 1,0995 | 64,34 | 5,15*10-3 | 5,1 |
| 6 | 50 | 1,1263 | 123,73 | 1,024*10-3 | 1,01 |
| 7 | 1,1667 | 49 | 4,20*10-3 | 4,16 |
Lepkość bezwzględną obliczyłam ze wzoru:
Lepkość względną obliczyłam ze wzoru:
ηwz = η(b) : η(w)
Za lepkość substancji wzorcowej przyjęłam lepkość wody.
Wykres na podstawie otrzymanych wyników
tu WYKRES!!!!!
Zadanie kontrolne
Masa pustego naczynka m1= 16,2313 g
Masa naczynka z badaną cieczą m3= 45,3979 g
Gęstość badanej cieczy:
Czas przepływu przez wiskozymetr:
t1=49,13s
t2=48,92s tśr=49
t3=48,94s
Ze wzoru obliczam lepkość bezwzględną:
Ze wzoru obliczamy lepkość względną:
Z wykresu odczytujemy stężenie zadania kontrolnego: