1.Cel ćwiczenia:

• wyznaczenie lepkości 25% roztworu gliceryny za pomocą wiskozymetru Ostwalda w różnych temperaturach

• wyliczenie metodą graficzną energii aktywacji przepływu lepkiego wody i gliceryny

2.Sprzęt laboratoryjny:

W ćwiczeniu wykorzystałyśmy:

-wiskozymetr kapilarny Ostwalda

-piknometr

-pipeta

Wiskozymetr Ostwalda to szklana rurka w kształcie litery „U' z dwoma zbiorniczkami, które znajdują się na różnych poziomach. Między tymi rureczkami znajduje się mała rurka przewężona kapilarnie na odcinku kilku centymetrów. Wiskozymetr Oswalda służy do wyznaczania lepkości.

Piknometru natomiast użyłyśmy do pomiaru gęstości.

3.Wykonanie ćwiczenia.

Pomiar gęstości metodą piknometryczną 25% roztworu gliceryny.

Na samym początku przepłukałyśmy wiskozymetr wodą destylowaną i zamocowałyśmy w statywie. Wiskozymetr napełniłyśmy wodą za pomocą pipety tak, aby objętość po zassaniu w ramieniu B jeden menisk znajdował się w dolnej części zbiorniczka pierwszego natomiast drugi był powyżej poziomu „a”.

Następnie lepkościomierz zanurzamy w wodzie, w której znajduje się termometr i zaczynamy ogrzewanie na palniku gazowym. Ciecz przepompowujemy ze zbiornika „1” w ramieniu A do ramienia „B” powyżej poziomu „a” za pomocą wężyka i gruszki gumowej. Gdy odłączamy gruszkę obserwujemy opadanie cieczy. Zaczynamy mierzyć czas z chwila gdy menisk zrówna się z poziomem „a” a kończymy gdy osiągnie poziom „b”. Pomiaru dokonujemy trzykrotnie wyliczamy średnią.

Podobnie postępujemy z 25% roztworem gliceryny.

4.Opracowanie wyników.

4.1Wyznaczenie lepkości roztworu gliceryny:

W celu określenie lepkości mierzy się czas przepływu przez kapilarę objętości cieczy zawartej pomiędzy poziomami a i b. Czas ten dla cieczy wzorcowej, którą jest woda oznaczamy przez t_o a dla gliceryny t_x.

Korzystamy z równania:

Błąd bezwzględny Δη_x wyznaczyłyśmy metodą różniczki zupełnej:

Δ t_x = Δt₀ =0,01 [s]

dηx = -------- dη₀ + -------- dd_x + -------- dt_x + -------- dd₀ + -------- dt₀

dηx = ---------- dη_{0 + -------------} dd_x + --------- dt_x + -------------- dd₀ + ------------- dt₀

Δη_x = ----------- Δd_x + ----------- Δ t_x + -------------- Δt₀

Δη_x = 0,002 [cP]

Gdzie:

η_x - lepkość gliceryny

η₀ - lepkość wody destylowanej

d_x - gęstość gliceryny

d_0­ - gęstość wody destylowanej

Uprzednio obliczając gęstość gliceryny d_x :

Błąd bezwzględny Δd_x wyznaczony metodą różniczki zupełnej:

Δm₁ =0,001 [g] Δm₂ =0,02 [g] Δm₃ =0,02 [g]

dd_x = ------- dm₁ + ------- dm₂ + ------- dm₃

dd_x = 0,9982 ----------------- dm₁ + -------------- dm₂ + ---------------- dm₃

Δd_x = 0,9982 --------------- Δm₁ + ------------- Δm₂ + -------------- Δm₃

Δd_x = 0,0008 [gcm^-3 ]

Gdzie:

m1=25,53 g- masa pustego piknometru

m2 =84,67 g- masa piknometru z gliceryną

m3 =81,20g g - masa piknometru z wodą destylowaną

dx = 1,0604 gcm^-3

Tabela nr 1.

TEMPERATURA [°C]	WODA		25% ROZTWÓR GLICERYNY
		Czas pojedynczego pomiaru to^i [s]	Czas średni pomiaru to[s]	Czas pojedynczego pomiaru tx^i[s]	Czas średni pomiaru tx[s]
22	63,8 63,6 63,0	63,5	88,2 89,5 89,2	89,0
32	48,0 47,5 48,0	47,8	67,4 67,0 67,0	67,1
42	42,1 41,9 42,1	42,0	57,6 56,5 56,7	57,0
62	35,9 36,2 36,0	36,0	44,2 44,0 44,7	44,3
82	33,0 33,1 33,1	33,1	38,3 38,3 38,7	38,4

Bląd pomiaru czasu wznosi 0,1s.

Tabela nr 2.

t[C]	T[K]	Czas t0 dla wody [s]	Czas tx dla gliceryny [s]	[cP] wody	-------	[cP] dynamiczna
22	295	63,5	89	1,0025	1,4889	1,4926±0,005
32	305	47,8	67,1	0,7994	1,4912	1,1921±0,005
42	315	42,0	57,0	0,6549	1,4417	0,9442±0,005
62	335	36,0	44,3	0,4279	1,3072	0,6182±0,004
82	355	33,1	38,4	0,3531	1,2324	0,4352±0,003

Wartości lepkości dla wody uzyskano przy użyciu funkcji REGEXPW wyznaczając wartość przy założeniu wykładniczego wzrostu i TABELI 1 zamieszczonej w instrukcji do ćwiczenia

Tabela nr 3.

t[°C]	T[K]	ηx [cP] dynamiczna	względna
22	295	1,4889	0,8314±0,01
32	305	1,189	0,6565±0,01
42	315	0,9425±0,01	0,5546±0,01
62	335	0,6171±0,01	0,3444±0,01
82	355	0,4344±0,01	0,2423±0,01

Wykres nr 1. lepkość 25% roztworu gliceryny w f(T).

4.2.Sprawdzanie czy równanie Arrheniusa-Guzmana dobrze opisuje zależność lepkości roztworu gliceryny od temperatury.

Równaniem Arrheniusa-Guzmana:

Gdzie:

A -stała charakterystyczna dla cieczy

E -energia aktywacji

T- temperatura bezwzględna

Po przekształceniu w postać logarytmiczną otrzymujemy:

Tabela nr 4.

T[K]	1/T [1/T]	ln ηglic	ln ηwoda
295	0,00338	0,3973±0,01	0,0025
305	0,00328	0,1721±0,01	-0,2239
315	0,00317	-0,0735±0,01	-0,4233
335	0,00285	-0,4858±0,01	-0,7489
355	0,00282	-0,8333±0,01	-1,0410

Wykres nr 2.-sprawdzalność prawa Arrheniusa-Guzmana:

Wniosek:

Nie uzyskałyśmy zależności liniowej w całym zakresie wykresu. Błąd może wynikać z wyznaczania gęstości gliceryny na co składa się błąd odczytania temperatury- 1°C oraz błąd reakcji ludzkiej włączenia przycisku „stop” na stoperze i wynosi on 0,1s.

4.2 Wyznaczenie z wykresu wartości współczynnika A oraz energii aktywacji przepływu lepkiego dla gliceryny.

dla gliceryny: dla T=295 [K]

y= 1916,8x-6,1067

ln A= -6,1067 E/R=1916,8 dla R=8,314[J/mol∙K]

A=2,3∙10^-5 [cP] E=15,9±0,8[kJ/mol]

dla wody:

y= 1595,8x-5,4338

ln A= -5,4338 E/R=1595,8 dla R=8,314[J/mol∙K]

A=4,4∙10^-5 [cP] E=13,3±0,6 [kJ/mol]

Wnioski:

Jak widać z przeprowadzonych pomiarów lepkość wodnego roztworu gliceryny jest dużo większa niż lepkość wody. Również należy zauważyć, że mierzona lepkość zarówno dla wody jak i dla wodnego roztworu gliceryny maleje wraz ze wzrostem temperatury (co przedstawiają wykresy).

Ze wzoru Arrheniusa i Guzmana widać, że cząstki gliceryny w tej samej temperaturze mają większą energię aktywacji
od cząsteczek wody. Energia spada wraz ze spadkiem temperatury, ponieważ spada również lepkość.

2

6

---