Wydział Geoinżynierii
Górnictwa i Geologii
Politechniki Wrocławskiej
CHEMIA
Sprawozdanie z ćwiczenia
pt. „Zjawiska międzyfazowe”
grupa:
rok:
1. WPROWADZENIE
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 (Drzymała,2011).
Kropla cieczy na powierzchni różnych materiałów może rozpłynąć się lub utworzyć kulkę. Zależy o od właściwości danego materiału - konkretnie od sił działających na granicach faz. Siły te wynikają z oddziaływań: polarnych, dyspersyjnych i specyficznych między drobinami faz. Kąt jaki tworzy kropla wody na materiale opisuje równanie Younga. Jeśli kąt jest równy zero, wtedy substancję nazywamy hydrofilną, w przeciwnym wypadku jest to substancja hydrofobowa (Drzymała, 2011).
Substancje hydrofobowe można zebrać z cieczy wody w wyniku flotacji. Polega ona na przepuszczaniu pęcherzyków powietrza przez ciecz z daną substancją - pęcherzyk powietrza łączy się z ziarnem i wynosi je na powierzchnię. Prawdopodobieństwo zajścia tego procesu zależy od około 100 parametrów fizykochemicznych - na przykład hydrofobowości lub ciężaru (Drzymała, 2011).
2.POMIAR NAPIĘCIA POWIERZCHNIOWEGO
2.1. Przebieg doświadczenia
Do małego czystego naczynka wagowego, które uprzednio zostało zważone, nalano za pomocą pipety 50 kropli wody wodociągowej (1 kropla miała średnicę 2mm). Następnie wykonano pomiar napięcia powierzchniowego wody.
2.2. Obliczenia
Dane:
liczba kropel
Masa kropel i naczyńka wagowego
Masa naczyńka wagowego
Średnica wylotu kurka
Przyśpieszenie ziemskie
n=50
Mc=4,6g
Mn=1,8g
2r=2mm
g=9,81m/s2
Masa wszystkich kropli:
M = Mc- Mn= 4,6 - 1,8 = 2,8(g)
Masa jednej kropli:
m = M/n = 2,8/50 = 0,056 (g)
Napięcie powierzchniowe wody:
2Prg= mg, stąd g= mg/2Pr
g= 0.056 x 981 / 2 x 3,14 x 1 = 54.936/0.628 = 9x101 (mN/m)
2.3. Obserwacje
W momencie, gdy kropla osiągnęła odpowiednią wielkość oraz masę odczepiła się od pipety. Wielkość masa oraz wielkość kropli uzależniona jest od średnicy ujścia pipety.
2.4. Wnioski
Wartość napięcia powierzchniowego wynosi 72 mN/m. Różnica między naszym wynikiem, a wynikiem właściwym może być spowodowana przez brak dokładności pomiaru oraz zanieczyszczenia wody wodociągowej.
3.KĄT ZWILŻANIA
3.1. Przebieg doświadczenia
Na przygotowane wcześniej płytki: teflonu, szkła, gipsu i siarki, za pomocą pipety naniesiono po jednej kropli wody wodociągowej. Kształt kropli przeniesiono na papier milimetrowy oraz za pomocą funkcji arctg obliczono kąt zwilżania.
3.2. Obserwacje
Siarka αs=85˚
Teflon αt=63˚
Szkło αsz=44˚
Gips αg=30˚
3.3.Wnioski
Siarka jest substancją najbardziej hydrofobową- kąt zwilżania wynosi 67,38˚, gips natomiast jest najmniej hydrofobowy- kąt zwilżania wynosi 1˚. Kąty te są niedokładne, ponieważ odwzorowanie zostało wykonane ręcznie, a obserwacja została przeprowadzona „gołym okiem”.
4. FLOTOWALNOŚĆ SUBSTANCJI
4.1. Przebieg doświadczenia
Do pierwszej zlewki z 25 ml wody dodano 1g siarki, następnie do drugiej z identyczną ilością wody dodano 1g kwarcu. Następnie mieszano substancję przez 5 minut , po czym przelano ją do flotowalnika Hallimonda (w pozycji poziomej) i przestawiono do pozycji pionowej. Flotacja obydwu substancji trwała 5 minut.
4.2.Obserwacje
Po około minucie flotacji, cała siarka znalazła się w zbiorniku Hallimonda, gips zaś nie poddał się flotacji.
4.3.Wnioski
Siarka jest związkiem silnie hydrofobowym z czego wynika, że szybko poddaje się flotacji. Kwarc jest hydrofilny ponieważ, w całości osiadł na dnie aparatu i nie uległ flotacji.
5. Literatura
-Drzymała, J., 2011. Zjawiska międzyfazowe, Instrukcja do ćwiczeń z chemii, strona internetowa www.minproc.pwr.wroc.pl
1