Wyznaczanie izotermy adsorpcji substancji rozpuszczonej na granicy faz roztwór - powietrze |
|
|
Marcin Górski |
Data: |
|
Mirosław Dziergowski |
Zaliczenie: |
|
Cel ćwiczenia.
wyznaczenie napięcia powierzchniowego wodnych roztworów substancji powierzchniowo czynnej w funkcji stężenia,
wyznaczenie izotermy adsorpcji substancji rozpuszczonej na granicy faz roztwór - powietrze,
obliczenie powierzchni siadania cząsteczki oraz grubości warstewki adsorpcyjnej.
Zasada pomiaru.
Pomiar przeprowadzamy na poniższym przyrządzie. Mierzone będzie ciśnienie potrzebne do przerwania błonki powierzchniowej w tworzącym się pęcherzyku powietrza. W momencie oderwania się pęcherzyka gazu, poziom cieczy w ramionach manometru ulega zmianie. Należy mierzyć poziom cieczy w lewym i prawym ramieniu manometru.
III. Schemat aparatury pomiarowej.
.
1. Kapilara.
2. Manometr wodny.
Rurki.
Urządzenie do regulacji
wypływu pęcherzyków gazu
Wyniki pomiarów.
Roztwór - butanol-woda T = 22oC
Lp |
Stężenie |
hl |
hp |
l = hp-hl |
lśr |
Lp |
Stężenie |
hl |
hp |
l = hp-hl |
lśr |
1 |
0,5 |
2,3 |
2,3 |
4,6 |
|
1 |
0,0625 |
3,8 |
3,8 |
7,6 |
|
2 |
0,5 |
2,2 |
2,3 |
4,5 |
4,68 |
2 |
0,0625 |
3,8 |
3,8 |
7,6 |
7,65 |
3 |
0,5 |
2,4 |
2,4 |
4,8 |
|
3 |
0,0625 |
3,85 |
3,85 |
7,7 |
|
4 |
0,5 |
2,4 |
2,45 |
4,85 |
|
4 |
0,0625 |
3,85 |
3,85 |
7,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0,25 |
2,8 |
2,9 |
5,7 |
|
1 |
0,03125 |
4,2 |
4,2 |
8,4 |
|
2 |
0,25 |
2,9 |
2,9 |
5,8 |
5,76 |
2 |
0,03125 |
4,2 |
4,2 |
8,4 |
8,41 |
3 |
0,25 |
2,9 |
2,9 |
5,8 |
|
3 |
0,03125 |
4,2 |
4,2 |
8,4 |
|
4 |
0,25 |
2,85 |
2,9 |
5,75 |
|
4 |
0,03125 |
4,2 |
4,25 |
8,45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0,125 |
3,6 |
3,6 |
7,2 |
|
1 |
woda |
4,7 |
4,7 |
9,4 |
|
2 |
0,125 |
3,5 |
3,55 |
7,05 |
7,15 |
2 |
woda |
4,7 |
4,8 |
9,5 |
9,43 |
3 |
0,125 |
3,6 |
3,6 |
7,2 |
|
3 |
woda |
4,7 |
4,7 |
9,4 |
|
Obliczenia.
Obliczenie napięcia powirzchniowego dla wody w temperaturze t = 22oC.
γw = 72,9 - [0,155⋅(22-18)]⋅10-3 = 0,07228 [N/m]
Obliczenie napięcia powierzchniowego dla każdego z roztworu butanolu.
dla 0,5m butanolu: [N/m]
dla 0,25m butanolu: [N/m]
dla 0,125m butanolu: [N/m]
dla 0,0625m butanolu: [N/m]
dla 0,03125m butanolu: [N/m]
Wykresy.
c [mol/l] |
γ [N/m] |
z |
Γ [mol/m2] |
c/Γ [m2/l] |
0,5 |
0,0358 |
0,0161 |
6,56⋅10-6 |
76168,63 |
0,25 |
0,0441 |
0,0159 |
6,48⋅10-6 |
38563,36 |
0,125 |
0,0548 |
0,0102 |
4,16⋅10-6 |
30056,74 |
0,0625 |
0,0586 |
0,0083 |
3,38⋅10-6 |
18468,60 |
0,03125 |
0,0644 |
0,0030 |
1,22⋅10-6 |
25548,23 |
wykres γ(c) i obliczenie pochodnych z = -c⋅.
przykładowe obliczenia:
dla 0,25m butanolu: z = 0,06-0,0441 = 0,0159 Γ =
dla 0,125m butanolu: z = 0,065-0,0548 = 0,0102 Γ =
dla 0,0625m butanolu: z = 0,0669-0,0586 = 0,0083 Γ =
dla 0,03125m butanolu: z = 0,0674-0,0644 = 0,0030 Γ =
wykres zależności
jest równanie linii prostej gdzie:
y = x = c a = b =
metodą najmniejszych kwadratów wyznaczamy a i b:
c |
c/Γ |
0,5 |
76168,63 |
0,25 |
38563,36 |
0,125 |
30056,74 |
0,0625 |
18468,60 |
0,03125 |
25548,23 |
obliczamy = 8,62⋅10-6 [mol/m2]
znając obliczamy pole powierzchni zajmowanej przez 1 cząsteczkę zaadsorbowaną na granicy faz
[m2]
gdzie NA - liczba Avogadro
Grubość warstwy adsorpcyjnej wynosi:
d = 0,8057 [g/ml]; M = 74[g/mol] ⇒ V = 91,845 [ml/mol] = 91,845⋅10-6 [m3/mol]
7,92⋅10-10 [m].
Wnioski.
Błędy przy pomiarze napięcia powierzchniowego dla powyższych roztworów mógł być spowodowany wieloma czynnikami:
A. przypadkowym, zbyt dużym zanurzeniem kapilary w badanym roztworze,
B. niedokładnym oczyszczeniem kapilary z poprzednich pomiarów,
C. nieszczelnością przewodów w aparaturze pomiarowej,
D. przypadkowym zatkaniem ujścia kapilary
E. błędem paralaksy przy odczytywaniu różnicy wysokości na manometrze.
Przy pomocy długości wiązań możemy oszacować długość cząsteczki na 8,09⋅10-10m i jej powierzchnię siadania na 1,76⋅10-19m2.
4
3
2
1