Sprawozdanie z laboratorium z chemii
z dnia 12 stycznia 2012r.

Łukasz Ładak
Wiktor Lorek

Budownictwo, rok I, grupa laboratoryjna 5

Doświadczenie 1.
Emulsje

1. Mieszanina parafiny z wodą (+emulgator)

Obserwacje:

Woda z parafiną nie miesza się. W zabarwionej na niebiesko wodzie wyraźnie widać białe, okrągłe skupienia parafiny, zupełnie jak ‘oka’ tłuszczu w rosole. Po dodaniu emulgatora mieszanina staje się wyraźnie bardziej klarowna – powstaje emulsja. Kolor mieszaniny zmienił się na zielony.

1. Trzy słoiki – mieszanina ocet + parafina + białko / żółtko / płyn do mycia naczyń

Obserwacje:
Ocet po dodaniu barwnika ma żółty kolor. Po dodaniu parafiny powstała podobna mieszanina jak w pierwszym doświadczeniu (ocet wyraźnie odróżnialny od parafiny). Po dodaniu białka jajka kurzego, żółtka i płynu do mycia naczyń i wymieszaniu we wszystkich słoikach mieszanina stała się bardziej klarowna. Dodane substancje zadziałały jako emulgatory przy czym, najlepszymi emulgatorami był płyn do mycia naczyń i białko jajka kurzego. Żółtko natomiast wykazało mniejszą zdolność emulgacyjną.

Część teoretyczna, wyjaśnienie pojęć:

W skład mieszaniny parafiny z dodatkiem emulgatora wchodzi parafina oraz składniki emulgatora czyli: Paraffinum Liquidum (ciekła parafina), Isopropyl Myristate

(Mirystynian izopropylu), C12-13 Pareth-3 (Oksyetylenowane alkohole tłuszczowe C12-13), PEG-9 Laurate (Kwas laurynowy oksyetylenowany 9 molami tlenku etylenu) oraz PEG-40 Sorbitan Peroleate (Perooleinian sorbitanu oksyetylenowany 40 molami tlenku etylenu).
Z pośród tych składników funkcje emulgatora pełnią: C12-13 Pareth-3, PEG-9 Laurate, PEG-40 Sorbitan Peroleate.

Emulsja – dwufazowy układ dyspersyjny ciecz-ciecz dwóch nie mieszających się wzajemnie cieczy - polarnej i niepolarnej. Jest to układ termodynamiczne nietrwały. Kinetycznie trwałe emulsje można jedynie otrzymać w obecności emulgatora. Emulsja jest szczególnym przypadkiem układu koloidalnego.

Emulgator – (inaczej stabilizator) substancja powierzchniowo czynna, ułatwiająca tworzeniu się emulsji, a także zapobiegająca jej zlepianiu się w większe krople. Emulgatory gromadząc się na powierzchni granicznej dwóch cieczy mocno zmniejszają ich napięcie powierzchniowe. Zasada działania emulgatorów polega na tym, iż zbudowane są one z dwóch części: hydrofilowej ("wciąganej" do wody) oraz hydrofobowej ("wypychanej" z wody).
Taka budowa umożliwia wzajemne rozproszenie dwóch substancji (np. wody i oleju), tworząc trwałą, homogenną i gładką emulsję.

W doświadczeniu b) funkcje emulgatora dla białka i żółtka jaja kurzego pełni lecytyna, a dla płynu do mycia naczyń są to różnego typ detergenty.

Farba emulsyjna – rodzaj farby, zawiesina składająca się z cząstek stałych (pigmentów i wypełniaczy) w spoiwie i rozpuszczalniku (np. wodzie) z dodatkiem środków pomocniczych. Spoiwami farb dyspersyjnych są najczęściej dyspersje lub emulsje polimerów akrylowych i winylowych lub kopolimerów styrenowych, maleinowych i innych.

Nazwy handlowe emulgatorów używanych do produkcji farb:
- Carbowet 100
- Disponil®286
- OROTAN™ 731A

Współczynnik podziału (LogP) – terminem tym określany jest stosunek stężeń substancji w dwóch niemieszających się rozpuszczalnikach w stanie równowagi. Zwyczajowo jednym z rozpuszczalników jest woda drugim natomiast substancja hydrofobowa.

W mieszaninie ocet-parafina-barwnik ocet i parafina są niemieszającymi się rozpuszczalnikami natomiast barwnik jest substancją rozpuszczaną. Zauważalne było że barwnik rozpuszcza się w occie, a nie rozpuszcza się w parafinie (czyli jego stężenie w parafinie wynosiło 0).

Doświadczenie 2.
Napięcie powierzchniowe

Obserwacje:
1) Obiekty wykonane z drucików po umieszczeniu na powierzchni wody pływają na niej. Jednak po dodaniu detergentu przedmioty te zaczynają tonąć.
2) Po energicznym odwróceniu słoika do góry dnem woda nie wylatywała przez podziurkowaną pokrywkę.

Część teoretyczna, wyjaśnienie pojęć:

Siły spójności - siły oddziaływania między cząsteczkami cieczy.

Kohezja - zjawisko wzajemnego przyciągania się cząsteczek substancji w wyniku działania sił międzycząsteczkowych; spójność.
Napięcie powierzchniowe – zjawisko fizyczne występujące na styku powierzchni cieczy z ciałem stałym, gazowym lub inną cieczą, dzięki któremu powierzchnia ta zachowuje się jak sprężysta błona. Napięciem powierzchniowym nazywamy także siłę styczną do powierzchni cieczy, działającą na jednostkę długości obrzeża powierzchni cieczy.

Napięcie powierzchniowe powoduje, że na brzegu powierzchni działa siła F proporcjonalna do długości l tego brzegu:  F = σ l. Współczynnik proporcjonalności w tym wzorze nosi nazwę współczynnika napięcia powierzchniowego. Siła F jest skierowana od brzegu w stronę powierzchni cieczy (stycznie do niej), a zatem dąży do zmniejszenia pola powierzchni.
Powstaje warstewka, czyli błonka powierzchniowa, która zachowuje się jak napięta błona gumowa, tzn. wykazuje tendencje do kurczenia się oraz do zachowywania kształtu pierwotnego.
Tak więc kładąc na powierzchni wody jakiś przedmiot jego siła ciężkości powoduje zagięcie tej powierzchni (a jednocześnie zwiększenie pola tej powierzchni). Wiedząc że siły napięcia powierzchniowego dążą do zmniejszenia pola powierzchni oczywistym jest że będą one wypychać ciało do góry, chcąc wrócić do poprzedniego stanu. Oczywiście tylko wtedy gdy siła ciężkości nie będzie większa od maksymalnej siły pochodzącej od napięcia powierzchniowego (bo wtedy ciało utonie).

Rys 1. Siły działające na przedmiot umieszczony na powierzchni cieczy.

Po wprowadzeniu detergentu do układu zmniejsza się napięcie powierzchniowe cieczy. Grupy hydrofobowe zaburzają strukturę wody poprzez niszczenie jej wiązań wodorowych i tworzenie własnych struktur w pobliżu grupy hydrofobowej. W wyniku tego zniekształcenia, niektóre cząsteczki detergentu są usunięte na granice międzyfazowe układu, z grupami hydrofobowymi ułożonymi w ten sposób, aby minimalizować kontakt z cząsteczkami wody. Powierzchnia wody staje się pokryta pojedynczą warstwą cząsteczek tensydu, którego grupy hydrofobowe są przeważnie skierowane ku powietrzu. Ponieważ cząsteczki powietrza są niepolarne, tak jak grupy hydrofobowe, zmniejszenie różnicy dwóch kontaktujących się faz na powierzchni wody, powoduje zmniejszenie napięcia powierzchniowego wody.

Rys. 2. Usytuowanie cząsteczek związku powierzchniowo czynnego
na powierzchni cieczy

Doświadczenie 3.
Kontrakcja objętości

Obserwacje:
Przed rozpoczęciem doświadczenia objętość alkoholu etylowego z wodą wynosiła 50ml. Po wymieszaniu cieczy ich objętość zmniejszyła się o ok. 6-7ml.

Część teoretyczna:

Kontrakcja objętości - zjawisko fizyczne polegające na zmianie objętości roztworu lub mieszaniny.

Procesy odpowiedzialne za występowanie kontrakcji są reakcje chemiczne lub oddziaływania międzycząsteczkowe pomiędzy składnikami mieszaniny.