ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ
ĆWICZENIE NR 7
TEMAT: ABSORPCJA NA GRANICY FAZ. IZOTERMA ADSORPCJI GIBBSA.
Napięcie powierzchniowe jest właściwością cieczy, odróżniającą ją od gazu. Warunkuje spójność cieczy i powstanie powierzchni międzyfazowej ciecz-gaz.
Każda cząsteczka znajdująca się wewnątrz fazy ciekłej jest równomiernie otoczona przez inne cząsteczki i ma wysycone siły wzajemnego oddziaływania. Natomiast cząsteczki położone na powierzchni cieczy znajdują się w zupełnie odmiennych warunkach. W dolnej części fazy ciekłej cząsteczki są otoczone mniej więcej równomiernie przez inne cząsteczki. Cząsteczki położone na graniczącej z fazą gazową powierzchni cieczy, gdyż oddziaływanie cząsteczek powierzchniowych z cząsteczkami gazu nad powierzchnią, są znikomo małe w porównaniu z siłami oddziaływania z cząsteczkami cieczy. Tak więc każda cząsteczka cieczy znajdująca się w warstwie powierzchniowej doznaje jednostronnego przyciągania od strony cząstek cieczy, a wypadkowa sił działa prostopadle do powierzchni i jest skierowana do wnętrza cieczy. W związku z tym, cząsteczka cieczy w warstwie powierzchniowej znajduje się pod działaniem sił wciągających ją do wnętrza cieczy. W skutek tego działania obok ciśnienia wewnętrznego występuje zjawisko napięcia powierzchniowego.
Napięcie powierzchniowe δ jest to zmniejszenie potencjału termodynamicznego układu G towarzyszące zmniejszeniu jego powierzchni A o jednostkę δ=dG/dA lub siła styczna do powierzchni potrzebna do rozerwania błonki powierzchniowej na długości jednostkowej. Wymiar tej wielkości jest J/m2 lub N/m.
Istnieje szereg metod pomiaru napięcia powierzchniowego, które można podzielić na statyczne i dynamiczne. Najbardziej dogodne do oznaczania napięcia powierzchniowego cieczy i roztworów są następujące metody:
kapilarnego wzniesienia,
kroplowa,
odrywania pierścienia,
pęcherzykowa,
Wilhelmy`ego,
Profilu leżącej kropli.
Izoterma adsorbcji Gibbsa.
Szczegółowe rozważania dotyczące adsorpcji na granicy faz roztwór-gaz w oparciu o zasady termodynamiczne przeprowadził Gibbs.
Równanie Gibbsa zwane izotermą adsorpcji ustala zależność między nadmiarem stężeniowym Γi tej substancji, jej potencjałem chemicznym μi i napięciem powierzchniowym δi. Ma ono postać:
μi=dδ/RTdlnai
Opracowanie wyników
Stężenie C2H5OH [% wag] |
0
|
10
|
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
Ciśń. Manometr. [mm H2O] |
81
|
64 |
64 |
53 |
50 |
48 |
45 |
45 |
40 |
Napięcie Powierz. [N/m] |
0,0719 |
0,0719 |
0,072 |
0,0721 |
0,0722 |
0,0723 |
0,0724 |
0,0725 |
0,07273
|
Obliczanie napięcia powierzchniowego:
h1 - głębokość zanurzenia kapilary [m];
h1 = 0,025 [m]
h2 - ciśnienie manometryczne [mm H2O];
ρw- gęstość wody [kg/m3];
ρw =1000 [kg/m3];
σ0 =0,0719[N/m]
σ10 = 0,072 [N/m]
Obliczanie aktywności alkoholu etylowego;
Lp. |
Stęż. C2H5OH % wag |
X1 |
X2 |
ρ kg/m3 |
P2 mmHg |
a2 |
σx N/m |
δσ/σa |
Z*(-1) |
Γ2 |
1 |
0 |
1,00 |
0 |
998 |
0 |
0 |
0,0720 |
----- |
------ |
----- |
2 |
10 |
0,458 |
0,042 |
998,2 |
0,006 |
0,006 |
0,0721 |
12,017 |
0,0721 |
11,621 |
3 |
20 |
0,911 |
0,089 |
969 |
0,025 |
0,025 |
0,0735 |
2,940 |
0,0735 |
0,362 |
4 |
30 |
0,857 |
0,143 |
954 |
0,056 |
0,055 |
0,0747 |
1,358 |
0,0747 |
0,056 |
5 |
40 |
0,794 |
0,206 |
935 |
0,097 |
0,096 |
0,0765 |
0,796 |
0,0765 |
0,013 |
6 |
50 |
0,719 |
0,281 |
914 |
0,150 |
0,150 |
0,0787 |
0,520 |
0,0788 |
0,0046 |
7 |
60 |
0,631 |
0,369 |
891 |
0,215 |
0,214 |
0,0813 |
0,379 |
0,0813 |
0,0019 |
8 |
70 |
0,524 |
0,476 |
868 |
0,303 |
0,302 |
0,0852 |
0,282 |
0,0851 |
0,0084 |
9 |
80 |
0,391 |
0,609 |
843 |
0,432 |
0,431 |
0,0886 |
0,205 |
0,0886 |
0,0035 |
Obliczenia wielkości „Z”
Obliczanie nadmiaru powierzchniowego Γ etanolu metodą analityczną
Obliczanie współczynników b i k.
lnσ=lnk+b*lna
Wzór regresji liniowej lnσ = f(ln a)
Y=0,0465x-2,4299
B= -2,4299
K=tgα=0,0465
Styczne w różnych punktach krzywej σ=f(a) przedłuża się do przecięcia z osią rzędnych. Przez punkty styczności prowadzi się do przecięcia z osią rzędnych proste równoległe do osi odciętych. W ten sposób dla każdej wartości a zostaną wyznaczone odcinki Z na osi rzędnych.
Długość odcinka Z podzielona przez wartość aktywności odpowiadającego długości odcinka odciętej, równa się wartości dσ/da w punkcie stycznym.