Kamila Petryka 26.10.2009

Daria Michalczyk

Paweł Orlewski

WYZNACZANIE IZOTERMY ADSORPCJI GIBBSA METODĄ

TENSJOMETRYCZNĄ

CEL ĆWICZENIA

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie izotermy adsorpcji alkoholu butylowego na

powierzchni wody oraz obliczenie wartości powierzchni zajmowanej przez jedną cząsteczkę

butanolu.

WPROWADZENIE TEORETYCZNE

Tenzydami nazywamy związki chemiczne, które mają właściwości powierzchniowo czynne oraz powodują obniżenie napięcia na powierzchni kontaktu. Zbudowane są one z części hydrofilowej i hydrofobowej. Ponieważ cząsteczki wody oddziaływają słabo z hydrofobowymi cząsteczkami tenzydu, łańcuchy węglowodorowe z wnętrza fazy wodnej SA wypychane i ustawiają się w sposób zorientowany na powierzchni granicy faz. Samorzutne gromadzenie się cząsteczek na powierzchni faz nazywane jest zjawiskiem adsorpcji, co prowadzi do zmniejszenia napięcia powierzchniowego.

Dla fazy powierzchniowej gdy T, p = const, równanie Gibbsa-Duhema przyjmuje postać:

∑n_i^Adµ_i+Adσ=0

Gdzie:

n_i^A- liczba moli składnika i w fazie powierzchniowej,

µ_i- potencjał chemiczny składnika i,

1. Powierzchnia granicy faz,

σ- napięcie powierzchniowe,

Powierzchniowy Nadmiar substancji:

Г^A₂-Г₂=Г¹₂

Gdzie:

Г^A₂=n₂^A/A

Г₂=n₂/A

Oraz pamiętając, że Г₁=o a n₁^A=n₁ (dotyczy rozpuszczalnika) otrzymujemy:

Г¹₂=-dσ/dµ₂

Ponieważ dµ₂RTdlna₂ to ostatecznie można zapisać równanie izotermy adsorpcji Gibbsa:

Г¹₂=-1/RT* dσ/dlna₂

Gdzie:

a₂-aktywność składnika drugiego

Dla rozważań jakościowych można przyjąć równość aktywności i stężenia substancji rozpuszczonej. Otrzymamy wtedy przybliżone równanie izotermy adsorpcji Gibbsa, wiążące powierzchniowy nadmiar substancji ze stężeniem objętościowym substancji rozpuszczonej.

Г=-1/RT*dσ/dlnc

Łatwo zauważyć, że jeżeli dσ/dlnc<0 to Г>0.

Oznacza to gromadzenie się substancji na granicy faz, prowadzące do zwiększenia powierzchni. Zwiększeniu powierzchni towarzyszy obniżenie napięcia powierzchniowego.

Opis ćwiczenia

Zasada pomiaru napięcia powierzchniowego metodą DuNouya opiera się na pomiarze

siły potrzebnej do oderwania platynowego pierścienia od powierzchni cieczy.

Napięcie powierzchniowe wyznacza się w oparciu o następujące równanie:

W=Wp+4πRσ

Gdzie:

W - ciężar pierścienia z unoszoną warstwą cieczy,

Wp - ciężar pierścienia,

σ - napięcie powierzchniowe,

R - promień pierścienia.

Jednakże siły działające na pierścień o obwodzie 4πR (w przybliżeniu, podwojona

wartość obwodu pierścienia) nie są równe napięciu powierzchniowemu. Dlatego też

wprowadza się współczynniki korygujące, są one funkcją promienia pierścienia (R),

promienia przekroju drutu (r) oraz objętości cieczy (V) podniesionej ponad powierzchnię

cieczy. W przypadku stosowania poprawki Zuidema-Watersa, współczynnik korygujący

obliczany jest z następującego równania:

f=0,7250+[(0,363σ*/π²R²(D-d))+0,04534-1,679r/R]^1/2

Gdzie:

f - współczynnik korekcji,

σ* - wstępnie zmierzona wartość napięcia powierzchniowego,

R - promień pierścienia,

r - promień drutu,

D - gęstość cieczy badanej,

d - gęstość powietrza.

Ostatecznie napięcie powierzchniowe obliczane jest z równania:

σ=(W-W_p/4Πr)f

Wykonanie ćwiczenia

Pomiary napięcia powierzchniowego roztworów alkoholu butylowego przeprowadza

się metodą tensjometryczną w temperaturze 20oC.

1. Włączyć termostat i ustalić temperaturę pracy na 20oC.

2. Przygotować w kolbach miarowych o pojemności 50 cm3 roztwory butanolu o

następujących stężeniach (mol/dm3): 0,5; 0,3; 0,15; 0,08; 0,03. Roztwory przygotować

odmierzając do kolbek przy pomocy biurety odpowiednie ilości roztworu o stężeniu

0,700 M.

3. Roztwory w kolbkach umieścić w termostacie (w celu wstępnego ustalenia ich

temperatury).

4. Wykonać pomiary napięcia powierzchniowego dla kolejnych roztworów zgodnie z

instrukcją obsługi aparatu (zachować kolejność od najmniejszego stężenia do

największego), również dla roztworu o stężeniu 0,7 M (łącznie sześć roztworów).

5. Roztwory po przeprowadzonych pomiarach wylać do pojemnika na zlewki, a kolbki

przepłukać wodą (nie zamieniać korków i nie wstawiać kolbek do suszarki).

Aparatura

W oparciu o przytoczony schemat obliczeń działa tensjometr SIGMA 702

Przyciski sterujące tensjometru SIGMA 702

Tabela wyników

C / mol*dm^-3	lnC / mol*dm^-3	σ / mN*m	STD / mN*m	dσ/dln(c)/	Г / mol*m^-2	1/C / mol^-1*dm^3	1/Г / mol^-1*m^2
0,029	-3,540	62,06	0,08	-5,170	0,002122	34,483	471,183
0,080	-2,526	55,99	0,05	-8,511	0,003494	12,500	286,209
0,150	-1,897	49,33	0,04	-10,581	0,004344	6,667	230,221
0,300	-1,204	40,69	0,02	-12,864	0,005281	3,333	189,372
0,500	-0,693	34,00	0,03	-14,546	0,005971	2,000	167,473
0,700	-0,357	29,58	0,03	-15,654	0,006426	1,429	155,620

Opracowanie wyników

---