Wydział : Górnictwa i Geologia Legnica 20 I 2013 r.

II rok 1 semestr

Politechnika Wrocławska

ZOD Legnica

CHEMIA

Sprawozdanie z ćwiczenia pt.

„Zjawiska międzyfazowe”

Grupa I

Prowadząca:

A. POMIAR NAPIĘCIA POWIERZCHNIOWEGO

1. Wprowadzenie

Tematem zajęć laboratoryjnych były zjawiska międzyfazowe. Jednym z zadań było obliczenie napięcia powierzchniowego dla wybranej cieczy. Cząsteczki znajdujące się w głębi cieczy podlegają, symetrycznie ze wszystkich stron, siłom przyciągania wywieranym przez otaczające cząsteczki. Cząsteczki znajdujące się na powierzchni cieczy są silniej przyciągane przez ciecz niż przez gaz. Wskutek tego występuje zjawisko wciągania cząsteczek z powierzchni w głąb cieczy, czego następstwem jest istnienie napięcia powierzchniowego. Napięcie powierzchniowe decyduje o wznoszeniu się cieczy w kapilarach i tworzeniu się menisku. W wyniku napięcia powierzchniowego każda ciecz stara się przybrać taki kształt, aby mieć jak najmniejszy stosunek powierzchni do objętości, czyli kształt kuli. Napięcie powierzchniowe jest możliwe do obliczenia w momencie gdy kropla oderwie się od kurka za pomocą poniższego wzoru:

m - masa jednej kropli

g - przyśpieszenie ziemskie (981cm/s)

π = 3,14

r - średnica kurka

(Drzymała, 2012)

2. Część doświadczalna

a) Metodyka

Małe, czyste oraz suche naczyńko wagowe zważono. Za pomocą suwmiarki zmierzono średnice wewnętrzną kurka a następnie wlano 50 kropel wody. Ponownie zważono naczyńko wagowe, ale tym razem z wodą. Obliczono wagę każdej kropli a następnie obliczono napięcie powierzchniowe.

b) Obserwacje

Kropla narastała na wylocie kurka do czasu, gdy osiągnęła odpowiedni rozmiar oraz masę następnie odrywała się od kurka i spadała w dół. Rozmiar oraz masa kropli zależy do średnicy kurka oraz prędkości z jaką leci woda .

c) Interpretacja

Tabela 1. Przedstawia wyniki obliczeń dla 50 kropel

Mierzona wielkość	Wartość pomiaru (jednostka)	Oznaczenie
liczba kropel	50	n
masa kropel	4,56 g	M
masa jednej kropli	0,0912 g	m
średnica wylotu kurka	5,3 mm	r
przyśpieszenie ziemskie	981 cm/s^2	g

Wyniki obliczeń napięcia powierzchniowego wody:

d) Wnioski

Dokładna wartość napięcia powierzchniowego wody według Drzymały (2012) wynosi 72 mN/m. Różnica może być spowodowana tym że do ćwiczenia użyta została woda wodociągowa, która jest zanieczyszczona różnymi związkami oraz nieznana była temperatura wody i powietrza w laboratorium. Prędkość, ilość oraz wielkość kropli ma również istotne znaczenie przy dokładnych obliczeniach.

B. POMIAR KĄTA ZWILŻANIA

1. Wprowadzenie

Kropla umieszczona na powierzchni ciała stałego pozostanie w postaci kropli lub się rozpłynie. Zachowanie to zależy od sił działających na styku trzech granic fazowych. Siły te są różne dla poszczególnych substancji i zależą od oddziaływań polarnych, dyspersyjnych oraz specyficznych między atomami, jonami i cząsteczkami na styku faz. Substancje których kąt zwilżania wynosi 0º nazywane są hydrofilnymi jeżeli kąt jest większy od 0º są to substancje hydrofobowe. Kąt zwilżania liczy się z równania Younga:

gdzie:

- kąt zwilżania,

- energia międzyfazowa na granicy faz ciało stałe-powietrze,

- energia międzyfazowa na granicy faz ciało stałe-woda,

- energia międzyfazowa na granicy faz woda-powietrze (napięcie powierzchniowe) (Drzymała, 2012)

Rys. l. Kropla na hydrofobowej powierzchni i graficzna prezentacja równania Younga (Drzymała, 2012).

2. Część doświadczalna

a) Metodyka

Na przygotowane gładkie i czyste kawałki szkła, gipsu, teflonu oraz siarki naniesiono za pomocą pipety po kropli wody. Zaobserwowane krople przerysowano na kartkę papieru milimetrowego. Za pomocą funkcji arctg obliczono kąt zwilżania poszczególnych materiałów.

b) Obserwacje

Kropla wody na każdej z próbek wyglądała inaczej z powodu innej siły działającej na styku trzech faz.

c) Interpretacja

Tabela 2. Z zależności funkcji trygonometrycznych wyznaczono kąty zwilżania badanych substancji

Badana substancja	Kąt zwilżania
gips	0º
szkło	15º
teflon	35º
siarka	77º

d) Wnioski

Siarka jest substancją najbardziej hydrofobową - kąt zwilżania wynosi 77º następnie

teflon - 35º i szkło - 15º natomiast najmniej hydrofobowy jest gips - kąt zwilżania wynosi 0˚. Kąty te są niedokładne, ponieważ odwzorowanie kropel zostało wykonane ręcznie, a obserwacja została przeprowadzona subiektywnie. Hydrofobowość jest istotna podczas flotacji. Flotacja nie zachodzi gdy ziarno jest hydrofilne lub jest za lekkie albo za ciężkie. Badanie to jest bardzo proste do wykonania lecz jest obarczone dużym błędem ponieważ kształt kropli został określony tylko wzrokowo, próbki substancji nie były idealnie czyste oraz użyto wody wodociągowej, która zawiera zanieczyszczenia.

3. LITERATURA

Drzymała J., „Zjawiska międzyfazowe. Instrukcje do ćwiczeń z chemii”, Politechnika Wrocławska, 2012

---