Nr ćwicz.: 4	Politechnika Radomska im. Kazimierza Pułaskiego w Radomiu Laboratorium z Chemii Fizycznej		Wydział MiTO __sem.__ Rok akademicki
Data ćwicz.26.3.2001
Nazwisko Imię: Wachowicz Paweł	Temat ćwiczenia: Wyznaczanie energii aktywacji cieczy w oparciu o pomiar lepkości
Zasada Sobiesław
Numer grupy ćwiczeniowej	Sprawozdanie oddano dnia	OCENA	Prowadzący
X

I.Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest do­świadczalne wyznaczenie współczynnika lepkości toluenu w różnych temperaturach, a na tej podstawie wyznaczenie energii aktywacji cieczy.

II. Część teoretyczna.:

Lepkość, inaczej tarcie wewnętrzne, jest to tarcie występujące pomiędzy warstwami cieczy, które są w ruchu względem siebie. Gdy ciecz przepływa przez rurkę przepływ zależy tylko od przyłożonej do cieczy siły. Opór, który musi pokonać ta siła zależny jest od lepkości cieczy. Lepkość można zdefiniować ilościowo rozważając przepływ cieczy po dnie prostokątnego zbiornika. Przepływająca ciecz tworzy bardzo cienka stacjonarna warstewkę stykająca się ze ścianami zbiornika. Do wywołania przepływu potrzebna jest siła powodująca przesuwanie się cieczy względem tej stacjonarnej warstewki. Siła ta jest proporcjonalna do powierzchni S warstewek i do różnicy miedzy prędkościami v warstewek oraz odwrotnie proporcjonalna do odległości miedzy warstewkami. Współczynnikiem proporcjonalności jest tu współczynnik lepkości lub po prostu lepkość.

Lepkość można traktować jako sile potrzebna do wywołania ruchu warstewki o powierzchni jednostkowej z predkością większa o jednostkę predkości od predkości drugiej warstewki odległej o jednostkę długości.

Na podstawie powyższej definicji można także zdefiniować jednostkę lepkości. Jednostką tą jest puaz.

[ 1P ]=[ 0,1 N_* s_* m^-2 ]=[10^-1 Pa_* s ]

[ 1 cP ]=[ 10^-2 Pa ]

• Przyczyny występowania lepkości:

W strudze cieczy istnieją luki („dziury”), do których zmierzają poruszające się cząsteczki cieczy. „Przepychanie się” cząsteczki od jednej pozycji równowagi do drugiej w kierunku luki wymaga energii ^E/_No.Teoria ta wyjaśnia zwiększanie się η w miarę zwiększania ciśnienia, pod jakim ciecz się znajduje (zmniejsza się wówczas liczba dziur), jednakże przewiduje zbyt wysokie wartości energii E, zbliżone do wartości ciepła parowania cieczy.

* * *

Wszystkie ciecze w naturze są lepkie, za wyjątkiem cieczy fikcyjnych czyli doskonałych. Miarą lepkości cieczy, jak już wspomniano, jest tzw. współczynnik lepkości zależny, przy równych warunkach, jedynie od rodzaju cieczy. Inaczej ma się sprawa w przypadku roztworów. Roztwory ciał stałych w ciekłych rozpuszczalnikach wykazują współczynnik lepkości wyższy od współczynnika lepkości rozpuszczalnika. Dla wielu substancji m.in. wodnych roztworów elektrolitów, współczynnik lepkości roztworu zależy od stężenia wg relacji:

η= am² + b

Gdzie: a, b - stałe zależne od rodzaju roztworu i temperatury,

m - molalność.

Na wielkość lepkości silny wpływ ma temperatura. Zależność lepkości cieczy od temperatury przedstawia zależność:

gdzie ΔE_η - bariera energetyczna, którą muszą pokonać cząsteczki podczas ruchu.

III. Wykonanie ćwiczenia:

W tym ćwiczeniu wykonujemy pomiar współczynnika lepkości za pomocą lepkościomierza (wiskozymetru) Hőpplera. W celu przygotowania aparatu do pomiaru należy odkręcić górną nakrętkę przyrządu i wolno, aby uniknąć pęcherzyków powietrza, napełnić rurkę pomiarową badaną cieczą do wysokości około 1 cm poniżej górnej krawędzi. Następnie wprowadzić odpowiednio dobraną kulkę i zamknąć wiskozymetr. Włączyć ultratermostat ustawiony na żądaną temperaturę (w tym przypadku wykonuje się pomiary dla trzech różnych temperatur: 20⁰C, 30⁰C i 40⁰C) i odczekać do ustalenia się danej temperatury.

Pomiaru dokonuje się mierząc czas opadania kulki między górną i dolną kreską na rurce pomiarowej. Zwolnienie aretażu i obrócenie przyrządu o 180⁰ powoduje opadanie kulki na korek pod nakrętką.

IV. Wyniki:

W zależności od badanej temperatury otrzymałem następujące wyniki:

Pomiar czasu opadania kulki w temperaturze 20⁰C:

- pomiar nr 1 t = 40 s

- pomiar nr 2 t = 40 s

- pomiar nr 3 t = 40 s

średni czas opadania t_s = 40 s

Pomiar czasu opadania kulki w temperaturze 30⁰C:

- pomiar nr 1 t = 36 s

- pomiar nr 2 t = 36 s

- pomiar nr 3 t = 36 s

średni czas opadania t_s = 36 s

Pomiar czasu opadania kulki w temperaturze 40⁰C:

- pomiar nr 1 t = 32 s

- pomiar nr 2 t = 32 s

- pomiar nr 3 t = 32 s

średni czas opadania t_s = 32 s

Przy gęstości toluenu odpowiednio:

- dla temperatury 20⁰C - 0,8670 ^g/_cm³

- dla temperatury 30⁰C - 0,8580 ^g/_cm³

- dla temperatury 40⁰C - 0,8483 ^g/_cm³

Aby obliczyć lepkość bezwzględną badanej cieczy w danej temperaturze korzystając z poniższego równania:

η = t (d_k - d_c) K

gdzie: t - czas opadania kulki,

d_c - gęstość cieczy w temperaturze pomiaru,

d_k - gęstość kulki,

K - stała kulki.

należy znać wymiary kulki. Są one następujące:

masa: 4,9587 g

średnica: 15,8030 mm

gęstość: 2,396 ^g/_cm³

stała kulki: 0,008613

Obliczam lepkość bezwzględną toluenu w temperaturze 20⁰C:

η = 40s(2,396^g/_cm³ - 0,8670^g/_cm³) 0,008613 = 0,52677 cP

Obliczam lepkość bezwzględną toluenu w temperaturze 30⁰C:

η = 36s(2,396^g/_cm³ - 0,8580 ^g/_cm³) 0,008613 = 0,47688 cP

Obliczam lepkość bezwzględną toluenu w temperaturze 40⁰C:

η =32s(2,396 ^g/_cm³ - 0,8483 ^g/_cm³) 0,008613 = 0,42657 cP

Temp.cieczy (^0C i K )	Gęstość cieczy dc (^g/cm^3)	Średnia arytmetyczna czasu opadania kulki T ( s )	Wartość bezwzględna lepkości Dynamicznej η(cP)	Energia aktywacji przepływu lepkiego E ( kcal/mol )	Wartość stałej A z równania Arrheniusa
1	2	3	4	5	6
20^0C 293 K	0,8670	40	0,52677
30^0C 303 K	0,8580	36	0,47688
40^0C 313 K	0,8483	32	0,42657

Szukasz gotowej pracy ?

To pewna droga do poważnych kłopotów.

Plagiat jest przestępstwem !

Nie ryzykuj ! Nie warto !

Powierz swoje sprawy profesjonalistom.

---