POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Podobne dokumenty
K02 Instrukcja wykonania ćwiczenia

Ćwiczenie 5: Właściwości

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Ćwiczenie 4: Wyznaczanie właściwości powierzchniowych koloidalnych roztworów biopolimerów.

TERMODYNAMIKA TECHNICZNA I CHEMICZNA

WYZNACZANIE NAPIĘCIA POWIERZCHNIOWEGO CIECZY METODĄ STALAGMOMETRYCZNĄ

3. NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

Badanie właściwości związków powierzchniowo czynnych

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

K05 Instrukcja wykonania ćwiczenia

3 k. NAPIĘCIE POWIERZCHNIO- WE

Pierwsze prawo Kirchhoffa

1. Parametry strumienia piaskowo-powietrznego w odlewniczych maszynach dmuchowych

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

WYZNACZANIE SWOBODNEJ ENERGII ADSORPCJI SURFAKTANTU NA GRANICY FAZ WODNY ROZTWÓR SURFAKTANTU POWIETRZE

III A. Roztwory i reakcje zachodzące w roztworach wodnych

Statyka Cieczy i Gazów. Temat : Podstawy teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Teoria kinetyczna INZYNIERIAMATERIALOWAPL. Kierunek Wyróżniony przez PKA

Entalpia swobodna (potencjał termodynamiczny)

Stany materii. Masa i rozmiary cząstek. Masa i rozmiary cząstek. m n mol. n = Gaz doskonały. N A = 6.022x10 23

Katedra Silników Spalinowych i Pojazdów ATH ZAKŁAD TERMODYNAMIKI. Pomiar ciepła spalania paliw gazowych

Instrukcja do laboratorium z fizyki budowli. Ćwiczenie: Pomiar i ocena hałasu w pomieszczeniu

RÓWNOWAGI REAKCJI KOMPLEKSOWANIA

Równowagi w układach jedno- i dwuskładnikowych

Ćwiczenia do wykładu Fizyka Statystyczna i Termodynamika

XXI OLIMPIADA FIZYCZNA(1971/1972). Stopień III, zadanie teoretyczne T3

Ćwiczenie nr 3. Wyznaczanie współczynnika Joule a-thomsona wybranych gazów rzeczywistych.

LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

10. FALE, ELEMENTY TERMODYNAMIKI I HYDRODY- NAMIKI.

Ćwiczenie VI: NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE CIECZY

PROSZKI CERAMICZNE. Metody badań morfologii proszków. Metody badań morfologii proszków. Metody badań morfologii proszków

MIANOWANE ROZTWORY KWASÓW I ZASAD, MIARECZKOWANIE JEDNA Z PODSTAWOWYCH TECHNIK W CHEMII ANALITYCZNEJ

Wykład 4 Gaz doskonały, gaz półdoskonały i gaz rzeczywisty Równanie stanu gazu doskonałego uniwersalna stała gazowa i stała gazowa Odstępstwa gazów

TERMODYNAMIKA OGNIWA GALWANICZNEGO

Wykład 6. Klasyfikacja przemian fazowych

TERMODYNAMIKA. Termodynamika jest to dział nauk przyrodniczych zajmujący się własnościami

Ć W I C Z E N I E N R C-5

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

Termodynamika fazy powierzchniowej Zjawisko sorpcji Adsorpcja fizyczna: izoterma Langmuira oraz BET Zjawiska przylegania

ĆWICZENIE 3 CIEPŁO ROZPUSZCZANIA I NEUTRALIZACJI

Wyznaczanie stałej dysocjacji pk a słabego kwasu metodą konduktometryczną CZĘŚĆ DOŚWIADCZALNA. Tabela wyników pomiaru

TRANSPORT NIEELEKTROLITÓW PRZEZ BŁONY WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA PRZEPUSZCZALNOŚCI

Pracownia elektryczna i elektroniczna

Spektroskopia molekularna. Ćwiczenie nr 1. Widma absorpcyjne błękitu tymolowego

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Zależność napięcia powierzchniowego cieczy od temperatury. opracowała dr hab. Małgorzata Jóźwiak

Ćwiczenie nr 1. Oznaczanie porowatości otwartej, gęstości pozornej i nasiąkliwości wodnej biomateriałów ceramicznych

ĆWICZENIE 2 KONDUKTOMETRIA

WYZNACZANIE ROZMIARÓW

11. Termodynamika. Wybór i opracowanie zadań od 11.1 do Bogusław Kusz.

10. FALE, ELEMENTY TERMODYNAMIKI I HYDRODY- NAMIKI.

TERMODYNAMIKA. Przedstaw cykl przemian na wykresie poniższym w układach współrzędnych przedstawionych poniżej III

Miareczkowanie potencjometryczne

Mechanika płynów. Wykład 9. Wrocław University of Technology

Wykład 3. Prawo Pascala

Repetytorium z wybranych zagadnień z chemii

Kalorymetria paliw gazowych

A4.04 Instrukcja wykonania ćwiczenia

OZNACZANIE ŻELAZA METODĄ SPEKTROFOTOMETRII UV/VIS

= T. = dt. Q = T (d - to nie jest różniczka, tylko wyrażenie różniczkowe); z I zasady termodynamiki: przy stałej objętości. = dt.

Wykład 2. Anna Ptaszek. 7 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 2. Anna Ptaszek 1 / 1

WYZNACZANIE STOSUNKU c p /c v

Ćwiczenie V: ENTALPIA ROZPUSZCZANIA I NEUTRALIZACJI

Prędkości cieczy w rurce są odwrotnie proporcjonalne do powierzchni przekrojów rurki.

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 2

Instytut Inżynierii Chemicznej i Urządzeń Cieplnych Politechniki Wrocławskiej

MODELOWANIE POŻARÓW. Ćwiczenia laboratoryjne. Ćwiczenie nr 1. Obliczenia analityczne parametrów pożaru

Katedra Chemii Fizycznej Uniwersytetu Łódzkiego. Wyznaczanie lepkości wodnych roztworów sacharozy. opracowała dr A. Kacperska

ĆWICZENIE 2 NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE W UKŁADZIE FAZA CIEKŁA FAZA GAZOWA

Termodynamiczny opis przejść fazowych pierwszego rodzaju

Warunki izochoryczno-izotermiczne

D. II ZASADA TERMODYNAMIKI

Termodynamika 1. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Doświadczenie Joule a i jego konsekwencje Ciepło, pojemność cieplna sens i obliczanie Praca sens i obliczanie

Wstęp teoretyczny: Krzysztof Rębilas. Autorem ćwiczenia w Pracowni Fizycznej Zakładu Fizyki Akademii Rolniczej w Krakowie jest Barbara Wanik.

Termodynamika 2. Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

ĆWICZENIE BADANIE BEZPIECZEŃSTWA UŻYTKOWEGO SILOSÓW WIEŻOWYCH

Zjawiska powierzchniowe

Metody doświadczalne w hydraulice Ćwiczenia laboratoryjne. 1. Badanie przelewu o ostrej krawędzi

Wykład 3. Fizykochemia biopolimerów- wykład 3. Anna Ptaszek. 30 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

W-23 (Jaroszewicz) 20 slajdów Na podstawie prezentacji prof. J. Rutkowskiego

Pomiar wilgotności względnej powietrza

RÓWNOWAŻNIKI W REAKCJACH UTLENIAJĄCO- REDUKCYJNYCH

Wykonanie ćwiczenia 3. NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE POMIAR NAPIĘCIA POWIERZCHNIOWEGO CIECZY METODĄ STALAGMOMETRYCZNĄ

A4.06 Instrukcja wykonania ćwiczenia

LABORATORIUM TECHNIKI CIEPLNEJ INSTYTUTU TECHNIKI CIEPLNEJ WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA I ENERGETYKI POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ

16 GAZY CZ. I PRZEMIANY.RÓWNANIE CLAPEYRONA

Przedmiot: Chemia budowlana Zakład Materiałoznawstwa i Technologii Betonu

1. Stechiometria 1.1. Obliczenia składu substancji na podstawie wzoru

WYMAGANIA EDUKACYJNE FIZYKA ROK SZKOLNY 2017/ ) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych

WYZNACZANIE RÓWNOWAŻNIKA CHEMICZNEGO ORAZ MASY ATOMOWEJ MAGNEZU I CYNY

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

Ćwiczenie 2: Wyznaczanie gęstości i lepkości płynów nieniutonowskich

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Laboratorium Podstaw Biofizyki

EFEKT SOLNY BRÖNSTEDA

Dla fazy powierzchniowej gdy T, p = const, równanie Gibbsa-Duhema przyjmuje postać: d i Ad. n i

Ćwiczenie 25. Piotr Skołuda OGNIWA STĘŻENIOWE

Transkrypt:

NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE ROZTWORU WSTĘP Naięcie owierzchniowe jest zjawiskiem wystęującym na granicy faz. Cząstka znajdująca się wewnątrz fazy odlega jednakowym oddziaływaniom ze wszystkich stron, a wyadkowa tych działań równa się zero. Natomiast siły działające na cząstkę znajdującą się w warstwie owierzchniowej nie są zrównoważone. Na granicy fazy ciekłej i gazowej wyadkowa sił działających na cząstkę jest rostoadła do owierzchni fazy i skierowana do wnętrza cieczy. W wyniku tego działania cząstki znajdujące się na owierzchni fazy są wciągane w głąb cieczy. Z tego owodu ciecze mają tendencję do rzyjmowania takiego kształtu, dla którego owierzchnia jest najmniejsza (kula). Utworzenie lub zwiększenie owierzchni międzyfazowej wiąże się z nakładem racy niezbędnej do okonania rzeciwnie działających sił owierzchniowych. Praca ta jest otrzebna do rzeniesienia odowiedniej liczby cząsteczek z głębi fazy na jej owierzchnię. Naięcie owierzchniowe można zdefiniować jako racę L otrzebną do utworzenia jednostkowej owierzchni międzyfazowej A: γ = L A (1) Wartość γ wyraża się w Jm -2. Iloraz racy L i owierzchni A równa się stosunkowi siła / długość, stąd równoważnym wymiarem naięcia owierzchniowego jest Nm -1, a wzór definiujący naięcie owierzchniowe może mieć równoważną ostać: γ = F l (2) Fizyczny sens tej definicji jest taki, że naięcie owierzchniowe równa się liczbowo sile F działającej stycznie do owierzchni granicznej i rzyadającej na jednostkową długość l rzekroju liniowego tej owierzchni. Naięcie owierzchniowe cieczy zależy od rodzaju sąsiadującej z nią drugiej fazy. Za wielkość charakterystyczną rzyjmuje się naięcie owierzchniowe na granicy faz ciecz - ara nasycona. Wartość ta raktycznie równa się naięciu owierzchniowemu tej samej cieczy w stosunku do owietrza nasyconego arami tej samej substancji. Naięcie owierzchniowe cieczy maleje w miarę wzrostu temeratury, osiągając wartość zerową w temeraturze ok. 6 K niższej od temeratury krytycznej danej substancji chemicznej. Zależność γ od temeratury wyraża równanie Eötvösa: γ M d 2 3, = K (Tkr T) (3), gdzie M jest masą molową substancji, d gęstością cieczy, T kr temeraturą niższą ok. 6 K od temeratury krytycznej danej substancji, zaś K wsółczynnikiem roorcjonalności ( tzn. wsółczynnik Eötvösa ), który dla cieczy nie ulegających asocjacji wynosi 2,1x10-7 JK -1 Naięcie owierzchniowe roztworu różni się na ogół od naięcia owierzchniowego czystego rozuszczalnika i zależy od rodzaju dodanej substancji i jej stężenia. W warstwie owierzchniowej stężenie substancji rozuszczonej jest zwykle inne niż w głębi roztworu. Jeśli siły działające między jednakowymi cząsteczkami rozuszczalnika są większe od oddziaływań wystęujących między cząsteczką substancji i cząsteczką rozuszczalnika, to substancja gromadzi się głównie na owierzchni roztworu, gdzie tworzy warstwę adsorcyjną. Gdy stężenie substancji w warstwie owierzchniowej jest większe od jej stężenia w głębi str. 1

roztworu, zjawisko nazywa się adsorcją dodatnią. W takim rzyadku naięcie owierzchniowe roztworu jest mniejsze od naięcia owierzchniowego czystego rozuszczalnika, a dodaną substancję nazywa się owierzchniowo czynną. Gdy cząsteczki rozuszczalnika rzyciągają się słabiej niż cząsteczki substancji rozuszczonej z cząsteczkami rozuszczalnika, to substancja gromadzi się w głębi roztworu i jej stężenie na owierzchni jest bardzo małe. Zjawisko nazywa się adsorcją ujemną, a o substancji rozuszczonej mówimy, że jest owierzchniowo nieczynna. Substancjami owierzchniowo-czynnymi w roztworach wodnych jest wiele związków organicznych n. mydła, wyższe kwasy tłuszczowe, alkohole, estry, sole kwasów sulfonowych, sole amin. Związki owierzchniowo czynne mają na ogół asymetryczną budowę. Cząsteczka związku zawiera co najmniej jedną gruę hydrofilową (n. karboksylową, aminową, estrową, hydroksylową, sulfonową) oraz hydrofobowy łańcuch węglowy. Obecność gru hydrofilowych i hydrofobowych w cząsteczce owoduje, że ustawia się ona rostoadle do granicznej owierzchni międzyfazowej. Gruy hydrofilowe ustawiają się w kierunku roztworu wodnego i wciągają cząsteczkę w głąb roztworu, a gruy hydrofobowe orientują się w kierunku drugiej fazy i rzeciwdziałają temu. Zdolność zmniejszania naięcia owierzchniowego nazywamy aktywnością owierzchniową. Ilościowy związek między adsorcją, aktywnością owierzchniową substancji i stężeniem odaje równanie Gibbsa: Γ = c R T γ c T,A (4) gdzie: Γ jest nadmiarem owierzchniowym i oznacza ilość substancji zaadsorbowanej z roztworu, rzyadającą na jednostkę owierzchni Z równania Gibbsa wynika, że adsorbcja zależy od aktywności owierzchniowej substancji. W rzyadku adsorcji dodatniej substancja gromadzi się w warstwie owierzchniowej i wartość Γ jest dodatnia, a ochodna jest ujemna, czyli w miarę wzrostu stężenia substancji w roztworze naięcie owierzchniowe tego roztworu maleje. Gdy adsorcja jest ujemna, wówczas Γ jest ujemne i ochodna ma wartość dodatnią czyli naięcie owierzchniowe w miarę wzrostu stężenia substancji w roztworze rośnie. W rzyadku silnej adsorcji dodatniej rzy określonym stężeniu roztworu owierzchnia graniczna faz okrywa się całkowicie cząsteczkami substancji owierzchniowo czynnej. Wystęuje wtedy stan nasycenia owierzchni i dalsze zwiększanie stężenia substancji w roztworze nie zmienia już naięcia owierzchniowego. Izotermę adsorcji Gibbsa można wyznaczyć doświadczalnie mierząc w stałej temeraturze naięcie owierzchniowe kilku roztworów różniących się stężeniami substancji owierzchniowo czynnej. Jedną z metod omiaru naięcia owierzchniowego cieczy jest metoda stalagmometryczna. Stalagmometr jest to ionowa rurka szklana, która w części środkowej ma zbiornik o ojemności kilku centymetrów sześciennych, a na dole jest zakończona kailarą. Kailara ma zwykle długość kilku centymetrów, średnicę ok. 0.05 cm i na końcu jest łasko zeszlifowana. Dolną część kailary zanurza się w badanej cieczy i zasysa się ciecz naełniając zbiornik. Nastęnie ozwala się cieczy swobodnie wyływać ze stalagmometru. Ciecz tworzy u wylotu kailary stoniowo owiększającą się krolę, która odrywa się w chwili, gdy ciężar kroli (mg) zrównoważy siłę naięcia owierzchniowego (2πrγ) działającą wzdłuż obwodu kailary. Równowagę tych sił wyraża równanie: 2πrγ = mg (5) czyli str. 2

γ m g = (6) 2 π r Naięcie owierzchniowe jest zatem roorcjonalne do ciężaru kroli, a metoda omiaru olega na oznaczaniu ciężaru ojedyńczej kroli. Wygodniej jednak oznacza się ciężar średni kroli. W tym celu należy oliczyć ile kroli utworzy się z cieczy wyływającej ze stałej objętości V zawartej między dwoma oziomami zbiornika. Można też zważyć ciecz, która wyłynęła z objętości stalagmometru i jej ciężar odzielić rzez liczbę kroli. Jeżeli stałe w równaniu (5) oznaczymy rzez: g k= 2 π r (7) to równanie (6) urości się do ostaci: γ = m k (8) Stałą k, zwaną stałą kailary, wyznaczyć można na odstawie omiaru masy kroli cieczy o znanym naięciu owierzchniowym. Często za wzorzec rzyjmuje się wodę, zwłaszcza rzy oznaczaniu naięcia owierzchniowego roztworów wodnych. Metoda wzniesienia kailarnego wykorzystuje zjawisko wznoszenia się cieczy w rurkach kailarnych. Ciecz wznosi się dotąd, doóki nie nastąi zrównanie siły naięcia owierzchniowego 2πrγ z siłą ciężkości słua w kailarze πr 2 hdg: 2πrγ = πr 2 hdg (9) Pomiar wzniesienia cieczy w kailarze rzy znajomości romienia kailary r i gęstości cieczy d umożliwia obliczenie naięcia owierzchniowego ze wzoru: γ = r h d g 2 (10) Metoda ęcherzykowa olega na wykorzystaniu roorcjonalności między wielkością naięcia owierzchniowego γ (na granicy faz ciecz 1 -ciecz 2 ), a ciśnieniem otrzebnym do wyciśnięcia z kailary zanurzonej w cieczy ęcherzyków owietrza lub kroli jednej cieczy do drugiej: = 2γ r (11) Wykonując omiar rzy zastosowaniu cieczy o znanym naięciu owierzchniowym (n. wody) można wyznaczyć ciśnienie 0 otrzebne do oderwania ęcherzyka owietrza na odstawie wzoru: 0 2 0 = γ r (12) co rowadzi do zależności: str. 3

= γ 0 γ 0 lub γ γ = 0 0 (13) CEL ĆWICZENIA Celem ćwiczenia jest wyznaczanie zależności naięcia owierzchniowego na granicy faz: wodny roztwór kwasu roionowego-owietrze od stężenia kwasu oraz wyznaczenie w oarciu o uzyskane dane izotermy adsorcji Gibbsa. APARATURA Waga analityczna. Stalagmometr. SZKŁO Kolbki miarowe 25 ml - 4 szt. Pieta miarowa 10 ml. Lejek. Zlewki na 10 i 25 ml. Tryskawka. Naczyńka wagowe - 2 szt. ODCZYNNIKI Wodny roztwór kwasu roionowego (1 mol dm -3 ). str. 4

WYKONANIE ĆWICZENIA 1. Przygotować w kolbkach miarowych (25 ml) roztwory kwasu roionowego o stężeniach 0.5 mol dm -3, 0.25 mol dm -3, 0.125 mol dm -3 i 0.0625 mol dm -3. 2. Wyznaczyć stałą kailary w nastęujący sosób: a. zważyć uste naczyńko wagowe (z rzykrywką), b. naełnić stalagmometr wodą destylowaną rzez zaciągnięcie tłoczkiem wody ze zlewki (aż do wyciągnięcia tłoczka ze zbiornika), c. gdy oziom wody w zbiorniku oadnie do górnej kreski odłożyć od wylot kailary naczyńko wagowe i zebrać 20 (a nastęnie 40 i 60) kroel wyływającej wody, d. zważyć naczyńko z 20 (nastęnie 40 i 60) krolami wody. 3. Wykonać analogicznie jak dla wody omiary masy 20 (a nastęnie 40) kroli wyływających z kailary dla roztworów kwasu roionowego o stężeniach: 0.0625 mol dm -3, 0.125 mol dm -3, 0.25 mol dm -3, 0.5 mol dm -3, 1 mol dm -3 w odanej kolejności. OPRACOWANIE WYNIKÓW 1. Na odstawie wyników omiarów dla wody obliczyć stałą kailary k (dla jednej kroli) rzyjmując, że naięcie owierzchniowe wody 71.98 J/m 2. 2. Wyznaczyć średnią masę kroli wyływającej z kailary dla oszczególnych cieczy i obliczyć naięcie owierzchniowe kwasu roionowego o różnych stężeniach. 3. Wykona wykres funkcji γ = f (c). 4. Wyznaczyć ochodną δγ (n. metodą graficznego różniczkowania). δc T, S 5. Obliczyć nadmiar owierzchniowy kwasu roionowego Γ korzystając z równania Gibbsa str. 5

5. Uzyskane wyniki rzedstawić w tabeli: 1 2 3 4 5 6 c c γ γ δγ δc Γ mol dm -3 mol m -3 N m -1 J m -2 J m mol -1 mol m -2 0.0625 0.125 0.250 0.50 1.0 str. 6

Wzór tabeli i schematu oracowania.. Wydział. Kierunek Studia niestacjonarne Nr gruy: Nr zesołu:. Imię i Nazwisko studenta.. Nr ćwiczenia:... Data wykonywania ćwiczenia:. Nazwisko Prowadzącego: 1. Temat ćwiczenia: 2. Cel ćwiczenia: 3. Pomiary: 4. Obliczenia: 5. Wykresy: 6. Wnioski: str. 7