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 Γ_i tej substancji, jej potencjałem chemicznym μ_i i napięciem powierzchniowym δ_i. Ma ono postać:

μ_i=dδ/RTdlna_i

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];

ρ_w- gęstość wody [kg/m³];

ρ_w =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/m^3	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.

---