23 X 2012	Badanie zależności lepkości roztworów od stężenia za pomocą wiskozymetru kapilarnego Ubbelohde'a	Ocena
Farmacja Grupa 19	Anna Wita Maria Zawadzka Joanna Żmuda Joanna Szlosarczyk

1. Podstawy teoretyczne

Lepkość cieczy - jest wielkością fizyczną będącą miarą tarcia wewnętrznego występującego podczas przesuwania się względem siebie warstw cieczy.

Współczynnik lepkości ɳ - jest on liczbowo równy sile, jaką trzeba przyłożyć do 1m² powierzchni cieczy, aby nadać jej prędkość 1 m/s względem drugiej warstwy równoległej do niej i odległej o 1m. Jednostką lepkości w układzie SI jest N*s*m ^-2 = kg * m^-1 * s ^-1

F = ɳS ∙ ( ∆v/∆x)

ɳ= (F∙∆x)/(S∙∆v)

F-przyłożona siła [N]

S - powierzchnia cieczy [m²]

∆v - różnica prędkości

∆x - różnica odległości

Lepkość względna

ɳ _wzgl= ɳ/ ɳ₀

Lepkość właściwa

ɳ _wł= (ɳ - ɳ₀) / ɳ₀

_{ɳ - lepkość roztworu}

^ɳ₀ ^{- lepkość rozpuszczalnika}

Lepkość cieczy zależy stężenia cieczy i od jej temperatury.

Ze wzrostem temperatury lepkość cieczy maleje.

Wraz ze wzrostem stężenia roztworu jego lepkość rośnie.

Graniczna liczba lepkościowa - określana jako granica, do której dąży stosunek lepkości właściwej do stężenia roztworu, gdy stężenie dąży do zera i gradient prędkości jest bliski zeru.

Ciecze newtonowskie - ich lepkość nie zależy od szybkości ścinania, zależy natomiast od własności substancji tworzącej płyn i jego parametrów termodynamicznych takich jak temperatura i ciśnienie. Np. woda

Ciecze nienewtonowskie - ich naprężenia nie są proporcjonalne do gradientu prędkości, co jest równoznaczne z tym, że współczynnik lepkości nie jest stały lecz jest funkcją gradientu prędkości.

Metody wyznaczania lepkości cieczy:

1. Metoda Stockes`a - metoda oparta na pomiarze szybkości opadania kulki w badanej cieczy, na którą działają trzy siły: ciężkości, wyporu hydrostatycznego i lepkości. Pozwala obliczyć siłę oporu lepkiego działającego na kulkę poruszającą się ze stałą prędkością w ośrodku lepkim.

2. Metoda wiskozymetru rotacyjnego typu Zimm`a Crothers`a - metoda oparta na pomiarze czasu pełnego obrotu wokół własnej osi cieczy wzorcowej i cieczy badanej, znajdującej się między współosiowo ułożonymi cylindrami.

3. Metoda wiskozymetru kapilarnego - metoda wyznaczenia lepkości cieczy oparta na pomiarze szybkości przepływu cieczy przez rurkę kapilarną ( wiskozymetr kapilarny Ubbelohde`a).

ɳ _wzgl= ɳ/ ɳ₀ = (d ∙ t) /( d₀ ∙ t₀)

ɳ - lepkość danej substancji

d - gęstość danej substancji

t - czas przepływu substancji przez kapilarę

ɳ₀ - lepkość wody

t₀ - czas przepływu wody

d₀ - gęstość wody

2. Doświadczenie

a) pomiar przepływu wody przez wiskozymetr t₁ = 193,13 s t₂ = 197,26 s t₃ = 196,42 s

t_o = (193,13 + 197,26 + 196,42)/3 = 195,6 s

b) pomiar lepkości względnych roztworów gliceryny 5% ; 10% ; x% za pomocą wiskozymetru kapilarnego Ubbelohde`a, który polega na dwukrotnym zmierzeniu czasu przepływu badanych roztworów (o tej samej objętości) przez kapilarę i uśrednieniu wyników.

• 5 %

t₁ = 228,07 s

t₂ = 231,12 s

t_śr = (228,07 + 231,12) /2 = 229,6s

• 10 %

t₁ = 251,04 s

t₂ = 253,45 s

t_śr. = (251,04 + 253,45)/2 = 252,25s

• X %

t₁ = 245,04

c) Wyliczenie lepkości względnych ze wzoru:

ɳ _wzgl= ɳ / ɳ₀ = (d ∙ t) / (d₀ ∙ t₀)

ɳ _{wzgl -} względna lepkość badanej cieczy

d - gęstość danej substancji [g/cm³]

t - czas przepływu substancji przez kapilarę [s]

t₀ - czas przepływu wody [s]

d₀ - gęstość wody [g/cm³]

Woda

t₀ = 195,6 s

d₀ = 1 g/cm³

Roztwór 5 %

t = 229,6 s

d=1,01185 g/cm³

ɳ _wzgl = (229,6∙ 1,01185)/(195,6∙1)

ɳ _wzgl ≈1,19

Roztwór 10 %

t = 252,25s

d= 1,02370 g/cm³

ɳ _wzgl = (252,25∙1,02370)/(195,6∙1)

ɳ _wzgl ≈ 1,32

Roztwór x %

t = 245,04s

d = ?

d) Wykres przedstawiający zależność czasu przepływu roztworów od stężenia

e) odczytanie z wykresu gęstości dla x

X ≈ 8%

f) Wykres przedstawiający zależność lepkości względnej od stężenia

g) Określenie błędów pomiarowych:

b_bzw - błąd bezwzględny wyznaczenia lepkości względnej roztworu

b_bzw = ɳ_wzgl - ɳ _{z tablicy}

b_wz - błąd względny [%]

b_wz =[( ɳ_wzgl - ɳ _{z tablicy})/ ɳ _{z tablicy}]*100% = (b_wz/ ɳ _{z tablicy})*100%

Roztwór 5 %

ɳ_wzgl = 1,19

ɳ _{z tablicy =} 1,143

b _bzw = 1,19 - 1,143 = 0,047

b _wzg = (0,047/1,143) ∙ 100% = 4,11%

Roztwór 10 %

ɳ_wzgl = 1,32

ɳ _{z tablicy =} 1,311

b_bzw=1,32-1,311= 0,009

b_wz =(0,009/1, 311) ∙ 100% = 0,69%

3.Wnioski

• Wartość lepkości względnej roztworu zależy od stężenia. Wraz ze wzrostem stężenia roztworu jego lepkość rośnie.

• W czasie wykonywania ćwiczenia występują błędy pomiarowe, których nie jesteśmyw stanie uniknąć.

---