Wstęp teoretyczny.
Napięcie powierzchniowe mierzono metodą stalagmometryczną. W dwóch stalagmometrach, w których na początku była woda (ciecz wzorcowa) o określonej objętości mierzono ilość kropel, które odrywały się od końcówki stalagmometru. Następną czynnością był pomiar odrywających się kropel alkoholi o takiej samej objętości jak ciecz wzorcowa i o odpowiednim stężeniu. Alkohole z kolei były rozcieńczane aż ilości odrywających się kropel były takie same lub bardzo podobne do cieczy wzorcowej którą była woda.
Wyniki pomiarów
Etanol C2H5OH d = 0,791 g/cm3 C = 1 mol/dm3
Propanol C3H7OH d = 0,801 g/cm3 C = 0,5 mol/dm3 T = 292 K
Woda H2O d = 1,000 g/cm3 σ H2O = 72,8 mN/m
H2O - 101 kropli H2O - 83 krople
1M C2H5OH - 128 kropli 0,5M C3H7OH - 115 kropli
0,5M C2H5OH - 113 kropli 0,25M C3H7OH - 104 krople
0,25M C2H5OH - 108 kropli 0,125M C3H7OH - 97 kropli
0,125M C2H5OH - 102 kropli 0,062M C3H7OH - 87 kropli
0,031M C3H7OH - 84 krople
Opracowywanie wyników
σC2H5 OH =
= 45,4
σC2H5 OH = 51
σC2H5 OH = 53,8
σC2H5 OH = 57
σC3H7 OH = 42,1
σC3H7 OH = 46,5
σC3H7 OH = 50,0
σC3H7 OH = 55,7
σC3H7 OH = 57,6
Nadwyżki powierzchniowe dowolnie wybranych stężeń dla każdego z alkoholi wyznaczone metodą graficzną.
Dla C2H5OH
C = 0,125 mol/dm3 R = 8,3144
T = 293 K
Г =
= 1,4 * 10-3 mol/m2 Z = 60,4 - 57 = 3,4
C = 0,25 mol/dm3
Г =
= 2,05 * 10-3 mol/m2 Z = 58,8 - 53,8 = 5
C = 0,5 mol/dm3
Г =
= 2,3 * 10-3 mol/m2 Z = 55,5 - 50 = 5,5
Dla C3H7OH
C = 0,031 mol/dm3
Г =
= 1,03 * 10-3 mol/m2 Z = 60,1 - 57,6 = 2,5
C = 0,125 mol/dm3
Г =
= 2,05 * 10-3 mol/m2 Z = 55 - 50 = 5
C = 0,25 mol/dm3
Г =
= 2,13 * 10-3 mol/m2 Z = 51,7 - 46,5 = 5,2
C = 0,5 mol/dm3
Г =
= 2,6 * 10-3 mol/m2 Z = 48,6 - 42,1 = 6,5
Dla C3H7OH
Współczynnik nachylenia prostej.
=
=
Parametr
wynosi:
=
=
Tangens nachylenia tej prostej czyli współczynnik
wynosi
Г∞ =
Miejsce zerowe funkcji:
X =
Rzędna punktu przecięcia przedłużenia prostej z osią rzędnych czyli parametr
daje wartość
A =
* Г∞ = 20,99*2,86*10-3 = 0,06
Sprawdzam czy otrzymana izoterma absorpcji dla C3H7OH spełnia równanie Langmuira:
Г = Г∞ *
Wyniki obliczone metodą graficzną
Г = 2,86*10-3
1. Г = 1,03 * 10-3
Г = 2,86*10-3
2. Г = 2,05 * 10-3
Г = 2,86*10-3
3. Г = 2,13 * 10-3
Г = 2,86*10-3
4. Г = 2,6 * 10-3
Dla C2H5OH
Współczynnik nachylenia prostej.
=
=
Parametr
wynosi:
=
=
Tangens nachylenia tej prostej czyli współczynnik
wynosi
Г∞ =
Miejsce zerowe funkcji:
X =
Rzędna punktu przecięcia przedłużenia prostej z osią rzędnych czyli parametr
daje wartość
A =
* Г∞ = 41,36*2,87*10-3 = 0,12
Sprawdzam czy otrzymana izoterma absorpcji dla C3H7OH spełnia równanie Langmuira:
Г = Г∞ *
Wyniki obliczone metodą graficzną
Г = 2,87*10-3
1. Г = 1,4 * 10-3
Г = 2,87*10-3
2. Г = 2,05 * 10-3
Г = 2,87*10-3
3. Г = 2,3 * 10-3
Wyniki obliczeń zestawione w tabelach.
C2H5OH
Г∞ = 2,87*10-3 mol/m2 A = 0,12 |
||
C |
Г |
|
mol/dm3 |
mol/m2 |
|
1,0 |
--- |
--- |
0,5 |
2,3*10-3 |
217,4 |
0,25 |
2,05*10-3 |
121,9 |
0,125 |
1,4*10-3 |
89,3 |
C3H7OH
Г∞ = 2,86*10-3 mol/m2 A = 0,06 |
||
C |
Г |
|
mol/dm3 |
mol/m2 |
|
0,5 |
2,6*10-3 |
192,3 |
0,25 |
2,13*10-3 |
117,4 |
0,125 |
2,05*10-3 |
60,9 |
0,062 |
--- |
--- |
0,031 |
1,03*10-3 |
30,1 |
Stosunek wartości A dla dwóch kolejnych członów szeregu zawierających oraz n oraz n+1 atomów węgla wyznaczany na podstawie ćwiczenia wynosi:
Wykres
= f (c )
Г =
= tg(180-α)= - tgα = = -
Z= - C
czyli
Г =
Wykres
= f (c )
Г =
= tg(180-α)= - tgα = = -
Z= - C
czyli
Г =
Wykres Г = f(c ) (izoterma adsorpcji) dla C3H7OH
Wykres Г = f(c ) (izoterma adsorpcji) dla C2H5OH
Wnioski:
Celem powyższego ćwiczenia było wyznaczenie napięć powierzchniowych alkoholi o określonych stężeniach metodą stalagmometryczną, oraz korzystając z odpowiednich wykresów obliczenie nadwyżki powierzchniowej, a także wyznaczenie stałych Г∞ i A. Sprawdzając czy otrzymane izotermy adsorpcji spełniają równanie Langmuira, pojawiają się pewne błędy, ale można stwierdzić, że warunki te zostały spełnione. Błędy powstałe w ćwiczeniu mogą być spowodowane tym, że stalagmometr przy każdorazowym rozcieńczaniu roztworu zawierał pewne ilości badanej wcześniej substancji. Ponadto błędy mogą być spowodowane niedokładnym liczeniem opadających kropel co w rzeczywistości przekłada się na wyniki obliczeń, z kolei nieścisłości mogły być spowodowane niedokładnością wyznaczonych stycznych przy obliczaniu nadwyżki powierzchniowej. Natomiast stały stosunek wartości A wynikający z reguły Traubego, który powinien wynosić
, a który w tym ćwiczeniu wyniósł 2 prawdopodobnie jest spowodowany tym, że reguła Traubego odnosi się tylko do roztworów bardzo rozcieńczonych.
7