Inżynieria Ochrony Środowiska

PWSZ w Kaliszu

Labolatorium z Techniki Cieplnej

SPRAWOZDANIE

Ćw. 5 Napięcie Powierzchniowe

1a) Pomiar napięcia powierzchniowego cieczy.

1b) Wpływ elektrolitów na napięcie powierzchniowe cieczy.

1c) Wpływ środków powierzchniowo- czynnych na napięcie powierzchniowe cieczy.

Studia dzienne

Grupa IVb

Sprawozdanie opracowali:

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zbadanie wpływu rodzaju substancji rozpuszczonej i jej stężenia na napięcie powierzchniowe roztworów.

2. Podstawowe pojęcia:

Napięcie powierzchniowe - jest to praca σ potrzebna do zwiększenia powierzchni cieczy o 1m². Zjawisko to jest związane z przyciąganiem międzycząsteczkowym. Cząsteczki znajdujące się na granicy faz ciecz-gaz są głównie przyciągane przez cząsteczki cieczy. Ze strony gazu ze względu na jego rozrzedzenie oddziaływania międzycząsteczkowe są znikome. Napięcie powierzchniowe mierzy się m.in. za pomocą stalagmometru.

gdzie:

W - praca, W=2Sσ=2hLσ

L - długość

S - pole powierzchni, S=hL

G - siła

Stalagmometr -jest to przyrząd w kształcie rurki szklanej służący do pomiaru napięcia powierzchniowego na granicy faz dwóch cieczy lub cieczy i pary. W górnej części stalagmometru znajduje się zbiorniczek na badaną ciecz, a w dolnej kapilara z odpowiednio uformowanym końcem(„ stopka” stalagmometru). Pomiar polega na wyznaczeniu masy kropli badanej cieczy odrywającej się od „stopki”.

N/m

Kąt zwilżania θ- jest miarą zwilżalności (jak ciecz zwilża ciało stałe). W przypadku dobrej zwilżalności θ<90°, a złej θ>90°.

Wpływ temperatury na napięcie powierzchniowe - napięcie powierzchniowe σ_cg maleje ze wzrostem temperatury T, osiągając wartość zero w temperaturze krytycznej T_k. Zależność σ=f(T) jest liniowa. Dopiero w pobliżu temperatury krytycznej ulega ona zakrzywieniu. Liniową część zależności ujmuje równanie:

gdzie:

k - stała

Δ - wielkość równa zwykle 6K

4. Tabela wartości ρ_NaCl w zależności od stężenia.

L.P.	C [mol/dm^3]	ρ [g/ cm^3]
1.	0,346	1,0125
2.	0,418	1,0153
3.	0,488	1,0182
4.	0,775	1,0297
5.	0,885	1,0340
6.	1,069	1,0413
7.	2,029	1,0781
8.	3,706	1,1398
9.	3,938	1,1478
10.	4,382	1,1640

5.Obliczenie stężeń badanych roztworó.

∗ Stężenia molowe:

• dla roztworu nr 2 C_mol = 4mol/dm³

• dla roztworu nr 3:

C₁ • V₁ = C_2x • V₂

C_2x = (C₁ • V₁)/V₂

C_2x = (4mol/dm³ • 0,01dm³)/0,04dm³

C_2x = 1mol/dm³

• dla roztworu nr 4:

C₁ • V₁ = C_2x • V₂

C_2x = (C₁ • V₁)/V₂

C_2x = (1mol/dm³ • 0,025dm³)/0,05dm³

C_2x = 0,5mol/dm³

• dla roztworu nr 5:

C₁ • V₁ = C_2x • V₂

C_2x = (C₁ • V₁)/V₂

C_2x = (0,5mol/dm³ • 0,025dm³)/0,05dm³

C_2x = 0,25mol/dm³

• dla roztworu nr 6:

C₁ • V₁ = C_2x • V₂

C_2x = (C₁ • V₁)/V₂

C_2x = (0,25mol/dm³ • 0,025dm³)/0,05dm³

C_2x = 0,125mol/dm³

∗ Stężenia procentowe:

• dla roztworu nr 7:

C_%7 = m_s/(m_s + m_r) • 100%

C_%7 = 0,1/(0,1+200) • 100%

C_%7 = 0,05%

• dla roztworu nr 8:

C_%8 = m_s/(m_s + m_r) • 100%

C_%8 = 0,8/(0,8+200) • 100%

C_%8 = 0,4%

• dla roztworu nr 9:

C_%9 = m_s/(m_s + m_r) • 100%

C_%9 = 1,3/(1,3+200) • 100%

C_%9 = 0,64%

• dla roztworu nr 10:

C_%10 = m_s/(m_s + m_r) • 100%

C_%10 = 1,8/(1,8+200) • 100%

C_%10 = 0,89%

6.Obliczenie napięcia powierzxhniowego dla H₂O.

∗ podczas pomiaru temparatura wynosiła : t = 21,8^oC

σ_cgH2O = [72,9 - 0,155 · (t - 18)] · 10^-3 N/m

σ_cgH2O = [72,9 - 0,155 · (21,8 - 18)] ·10^-3 N/m

σ_cgH2O = [72,9 - 0,155 · 3,8] · 10^-3 N/m

σ_cgH2o = 0,072N/m

7.Obliczenie napięcia powierzchniowego dla poszczegulnych roztworów.

∗ Wzór ogulny na napięcie powierzchniowe:

σcg =	nw • ρ • σcgw
		nśr • ρw

∗ Obliczenia dla poszczegulnych roztworów:

• Obliczenie napięcia powierzchniowego dla roztworu nr 2:

• C_mol = 4mol/dm³

• ρ₂ = 1,1495g/cm³

• n_śr = 36,6 kropli

• n_H2O = 36,3

σcg2 =	36,3 • 1,1495g/cm^3 • 0,072 N/m	= 0,082N/m
			36,6 • 1g/cm^3

• Obliczenie napięcia powierzchniowego dla roztworu nr 3:

• C_mol = 1mol/dm³

• ρ₃ = 1,0375g/cm³

• n_śr = 36,3 kropli

• n_H2O = 36,3

σcg3 =	36,3 • 1,0375g/cm^3 • 0,072 N/m	= 0,074N/m
			36,3 • 1g/cm^3

• Obliczenie napięcia powierzchniowego dla roztworu nr 4:

• C_mol = 0,5mol/dm³

• ρ₄ = 1,019g/cm³

• n_śr = 38,3 kropli

• n_H2O = 36,3

σcg4 =	36,3 • 1,019g/cm^3 • 0,072 N/m	= 0,069N/m
			38,3 • 1g/cm^3

• Obliczenie napięcia powierzchniowego dla roztworu nr 5:

• C_mol = 0,25mol/dm³

• ρ₅ = 1,00955g/cm³

• n_śr = 36,6 kropli

• n_H2O = 36,3

σcg5 =	36,3 • 1,00955g/cm^3 • 0,072 N/m	= 0,072N/m
			36,6 • 1g/cm^3

• Obliczenie napięcia powierzchniowego dla roztworu nr 6:

• C_mol = 0,125mol/dm³

• ρ₆ = 1,005g/cm³

• n_śr = 37 kropli

• n_H2O = 36,3

σcg6 =	36,3 • 1,005g/cm^3 • 0,072 N/m	= 0,070N/m
			37 • 1g/cm^3

• Obliczenie napięcia powierzchniowego dla roztworu nr 7:

• C_%7 = 0,05%

• ρ₇ = 1g/cm³

• n_śr = 36,3 kropli

• n_H2O = 36,3

σcg7 =	36,3 • 1g/cm^3 • 0,072 N/m	= 0,072N/m
			36,3 • 1g/cm^3

• Obliczenie napięcia powierzchniowego dla roztworu nr 8:

• C_%8 = 0,4%

• ρ₈ = 1g/cm³

• n_śr = 47,6 kropli

• n_H2O = 36,3

σcg8 =	36,3 • 1g/cm^3 • 0,072 N/m	= 0,054N/m
			47,6 • 1g/cm^3

• Obliczenie napięcia powierzchniowego dla roztworu nr 9:

• C_%9 = 0,64%

• ρ₉ = 1g/cm³

• n_śr = 45,3 kropli

• n_H2O = 36,3

σcg9 =	36,3 • 1g/cm^3 • 0,072 N/m	= 0,057N/m
			45,3 • 1g/cm^3

• Obliczenie napięcia powierzchniowego dla roztworu nr 10:

• C_%10 = 0,89%

• ρ₁₀ = 1g/cm³

• n_śr = 62 kropli

• n_H2O = 36,3

σcg10 =	36,3 • 1g/cm^3 • 0,072 N/m	= 0,042N/m
			62 • 1g/cm^3

8.Tabela pomiarów i wyników.

L.P.	Roztwór	Stężenie - Cmol - Cp	Liczba Kropel			Średnia - nśr	Napięcie powierzchniowe σ [N/m]
								Pomiar 1	Pomiar 2	Pomiar 3
1.	H2O - roztwór wzorcowy		35	37	37	36,3	0,072
2.	50ml NaCl	4 mol/dm^3	37	36	37	36,6	0,082
3.	10ml NaCl + 30ml H2O	1 mol/dm^3	36	37	36	36,3	0,074
4.	25ml roztworu nr 3 + 25ml H2O	0,5 mol/dm^3	38	39	38	38,3	0,069
5.	25ml roztworu nr 4 + 25ml H2O	0,25 mol/dm^3	37	37	36	36,6	0,072
6.	25ml roztworu nr 5 + 25ml H2O	0,125 mol/dm^3	36	38	37	37	0,070
7.	200ml H2O + 0,1ml ludwika	0,05%	36	36	37	36,3	0,072
8.	roztwór nr 7 + 0,7ml ludwika	0,4%	47	48	48	47,6	0,054
9.	roztwór nr 8 + 0,5ml ludwika	0,64%	46	45	45	45,3	0,057
10.	roztwór nr 9 + 0,5ml ludwika	0,89%	61	63	62	62	0,042

9.Wnioski.

Celem ćwiczenia było zbadanie wpływu rodzaju substancji rozpuszczonej i jej stężenia na napięcie powierzchniowe roztworów.

Pierwszą badaną substancją, dla której wykonywaliśmy pomiary był chlorek sodu (NaCl) o pięciu różnych stężeniach.

Po wykonaniu pomiarów obliczyliśmy wartość napięcia powierzchniowego dla każdego stężenia roztworu. Na sporządzonym wykresie widać załamanie wartości napięcia powierzchniowego dla stężenia równego C_mol = 0,5mol/dm³ - jest to najprawdopodobniej spowodowane błędem który mógł zaistniec podczas liczenia ilości kropli dla tego właśnie roztworu.

Dla drugiej substancji - wody wodociągowej zmieszanej z ludwikiem napięcie powierzchniowe maleje wraz ze wzrostem ilości kropli ludwika - co oznacza że środki powierzchniowo czynne powodują osłabienie magnetycznych właściwości cząsteczek H₂O. Niestety jak i równierz w tym przypadku nie ustrzegliśmy się błedu który musiał zaistnieć i widoczny jest na wykresie w punkcie w którym stężenie ma wartość C_% = 0,64%.

8

---