Imię i nazwisko: 11.04.2000

Irena Hejmej

Dorota Majcher

Katarzyna Kucharska Sprawozdanie nr 4.

Grzegorz Mitkiewicz

Gr. 22.

Zespół 11. Ćwiczenie nr 4:

Napięcie powierzchniowe.

1.Cząsteczki znajdujące się na powierzchni faz skondensowanych ,posiadają pewien nadmiar energii swobodnej w stosunku do cząsteczek znajdujących się we wnętrzu tych faz. Miarą tej energii jest powierzchniowa energia swobodna przypadająca na jednostkową powierzchnię ,zwana właściwą powierzchniową energią swobodną lub napięciem powierzchniowym fazy
:

Jednostką napięcia powierzchniowego jest [
] .

Działanie energii powierzchniowej możemy zaobserwować jako siłę dążącą do zmniejszenia powierzchni rozdzielającej fazy. Metody wyznaczania napięcia powierzchniowego są oparte na pomiarze tej siły. W ćwiczeniu zastosowano dwie metody pomiaru napięcia powierzchniowego: stalagmometryczną i pęcherzykową.

.

Metoda stalagmometryczna polega na pomiarze wielkości kropli badanej substancji odrywającej się od powierzchni przyrządu .

Metoda pęcherzykowa polega na pomiarze maksymalnego ciśnienia potrzebnego do wytworzenia pęcherzyka powietrza na końcu kapilary zanurzonej w badanej cieczy , w momencie jego uwolnienia.

W obu przypadkach celem doświadczenia jest zmierzenie statycznego napięcia powierzchniowego.

Napięcie powierzchniowe czystych cieczy zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury, w temperaturze krytycznej osiągając wartość zerową, co opisuje równanie
:

V^2/3

Lub z wprowadzoną poprawką Ramsaya-Shieldsa:

V^2/3

gdzie V oznacza objętość molową , T_kr temperaturę krytyczna a k jest stałą dla wielu substancji przyjmującą wartość około 2.1 erg * mol^-3/2 * K^-1

Skład warstwy powierzchniowej jest odmienny od składu jegownętrza . W najczęściej spotykanym przypadku , gdy cząsteczki rozpuszczalnika i substancji rozpuszczonej przyciągają się słabiej od cząsteczek rozpuszczalnika między sobą , cząsteczki substancji rozpuszczonej są wypychane na zewnątrz fazy i warstwa powierzchniowa zawiera ich wiecej .

Różnica moli substancji rozpuszczonej w jednostkowej ilości moli rozpuszczalnika w próbce pobranej z wnętrza roztworu i jej powierzchni, podzielona przez wielkość tej powierzchni nazywa się nadmiarem powierzchniowym Gibbsa:

2.Cel ćwiczenia : wyznaczenie napięcia powierzchniowego dla roztworów n-propanolu w wodzie oraz zbadanie zależności napięcia powierzchniowego od stężenia n-propanolu

.

3.Parametry i wyniki pomiarów

1. Przygotowanie około 20 % roztworu n-propanolu :

Roztworem wyjściowym jest około 20 % roztwór n-propanolu w wodzie. W celu przygotowania roztworu do zważonej uprzednio kolbki odważamy 4 gramy n- propanolu, a następnie 16 gramów wody.

Masa kolbki: 67,8523 g

Masa kolbki z alkoholem: 71,8779 g

Masa alkoholu: 4,0256 g

Masa wody: 15,8000 g

Stąd wynika,że przygotowany roztwór jest 20,3 %.

b. Pomiar napięcia powierzchniowego metodą pęcherzykową :

Zlewkę napełnioną wodą destylowaną wstawiam do termostatu, nastawionego na temperaturę 299,9K.Po przesunięciu katetometru do termostatu umieszczam koniec kapilary nad cieczą. Następnie tak ustawiam urządzenie, aby koniec kapilary zetknął się z powierzchnią wody. Odczytuję wskazania noniusza na katetometrze i zanurzam kapilarę na 5mm w cieczy, co odczytuję na noniuszu. Powoli naciskam strzykawkę do momentu pojawienia się pęcherzyka powietrza na końcu kapilary. Notuję maksymalne ciśnienie (różnicę poziomów cieczy w manometrze) . Pomiar wykonuję dla wody destylowanej i n-propanolu.

Napięcie powierzchniowe σ badanego roztworu wyliczamy z równania :

gdzie :
- napięcie powierzchniowe n-propanolu ;
- tablicowe napięcie powierzchniowe wody ;

- różnica poziomów cieczy w manometrze ; h = h _wody - zanurzenie kapilary w badanej cieczy ( h = 5mm )

Pomiary prowadzono w temperaturze 299,9 K .

Roztwór	Δh [mm H2O ]			Δhśr.	ρ [ kg/m^3 ]	σ [ N/m ]
Wyjściowy (c = 20,3 % wag.)	95	95	94	94,6	944	0.0202
Rozcieńczenie 4 x 4,1 %	145	145	144	144,6	980	0.0408
Rozcieńczenie 8 x 0,81 %	195	195	194	194,6	988	0.0621
Woda	216	216	217	216,3	996.7 ( tab.)	0.0712 ( tab.)

Wykres zależności napięcia powierzchniowego od stężenia n-propanolu.

c. Pomiar napięcia powierzchniowego metodą stalagmometryczną :

Do pomiaru używam stalagmometru, który napełniam wodą destylowaną do górnej kreski. Po napełnieniu zaciskam ściskacz na rurce gumowej na stalagmometrze. Powoli rozluźniam zacisk, tak by spadające krople tworzyły się w czasie 2-5 sekund. Liczę ilość spadających kropel od momentu osiągnięcia prze badaną ciecz poziomu górnej kreski do dolnej kreski. Jednocześnie przy pomocy cylindra mierzę objętość cieczy zawartej między kreskami.

W ten sam sposób wykonuje pomiar dla n-propanolu.

Napięcie powierzchniowe
badanego roztworu ( propanol 20,3 %) wyliczam ze wzoru:

- napięcie powierzchniowe n-propanolu

- tablicowe napięcie powierzchniowe wody ( 0.0725
)

n _wody - ilość kropel wody

n - ilość kropel n-propanolu

d - tablicowa gęstość n-propanolu ( 0.8
)

d _wody - tablicowa gęstość wody ( 0.9971
)

F - poprawka dla n-propanolu

F _wody - poprawka dla wody

Wyniki pomiarów przedstawia tabela:

Liczba pomiarów	1	2	3	Wartość średnia
n wody	38	38	38	38
n	83	81	83	82,33
Vwody [cm^3]	4.8
V [cm^3]	4.8

F - jest funkcją
gdzie:

V₁ - objętość jednej kropli

r - promień stopki stalagmometru ( r = 0.60 cm )

V_{1 wody} =
=
= 0.126[cm³ ]

V₁ =
=
= 0.058[cm³ ]

=
= 0.583
F_wody =

=
= 0.268
F =

4.Wnioski .

Napięcie powierzchniowe zależy od rodzaju cieczy . W przypadku roztworu n-propanolu w wodzie wartość napięcia powierzchniowego wzrasta wraz z rozcieńczeniem roztworu .

2

3

---