Numer ćwiczenia: 6	Temat ćwiczenia: Wyznaczanie izoterm adsorbcji substancji powierzchniowo czynnych na podstawie pomiarów napięcia powierzchniowego	Data wykonania ćwiczenia: 26.11.2013r
				Data oddania sprawozdania: 10.12.2013r
Grupa: A2	Góralik Monika	Nazwisko sprawdzającego:
Uwagi:		Ocena:

1. Cel ćwiczenia.

Celem wykonanego ćwiczenia był pomiar napięcia powierzchniowego roztworów n-pentanolu, wyznaczenie izoterm adsorbcji kilku wybranych alkoholi, graficzne wyznaczenie nadwyżek powierzchniowych i sprawdzenie słuszności reguły Traubego dla wybranych wartości napięć powierzchniowych oraz zgodności wyznaczonych izoterm z równaniem Langmuira.

2. Wykonanie.

• Do pierwszej ze zlewek wlano 20 cm³ 0,125 M alkoholu n-pentylowego, następnie sporządzono
  6 kolejnych roztworów poprzez pobranie 10 cm3 poprzedniego roztworu i rozcieńczenie 10 cm³ wody

• Do ósmej zlewki wlano ok. 20 cm³ czystej wody

• Każdy z roztworów - od czystej wody do roztworu wyjściowego (0,125 M) wlano do kuwety tensjometru i dokonano po 2 (w dwóch przypadkach 3) pomiary poprzez zanurzenie w roztworze pierścienia z drutu platynowego oraz wyciągania go do momentu zaobserwowania najwyższej wartości na ekranie miernika

• Dokonano odpowiednich obliczeń dla wyników uzyskanych dla n-pentanolu oraz wcześniej zbadanych roztworów propanolu i butanolu

3. Wyniki.

Tabela1.: odczyty tensjometru dla roztworów n-pentanolu

Tabela2.: odczyty tensjometru dla roztworów butanolu

Tabela3.: odczyty tensjometru dla roztworów propanolu

Temperatura pomiaru n-pentanolu: 21,5 °C

Temperatura pomiaru butanolu i propanolu: 22,0 °C

4. Opracowanie wyników

-Wartości napięcia powierzchniowego - podczas tensjometrycznego pomiaru napięcia na podnoszonym pierścieniu pozostaje pewna ilość badanej cieczy. Z tego względu konieczne jest wprowadzenie współczynnika poprawkowego, wyliczanego ze wzoru:

gdzie:

W - najwyższa wartość odczytana na wyświetlaczu tensjometru, tu średnia z najwyższych wartości kilku pomiarów dla konkretnego rozcieńczenia danego alkoholu

D - gęstość roztworu - ze względu na niskie stężenie badanych substancji oraz ich bardzo dobrą rozpuszczalność w wodzie jest bliska 1 g/cm³, dzięki czemu można ją pominąć w obliczeniach

Rzeczywista wartość napięcia powierzchniowego wynosi:

gdzie f to wartość poprawki dla danego roztworu, a W to średnia najwyższych odczytów tensjometru.

Tabela4.: napięcie powierzchniowe dla roztworów n-pentanolu

Wykres1.: zależność wartości napięcia powierzchniowego od stężenia - n-pentanol

Tabela5.: napięcie powierzchniowe dla roztworów butanolu

Wykres2.: zależność wartości napięcia powierzchniowego od stężenia - butanol

Tabela5.: napięcie powierzchniowe dla roztworów propanolu

Wykres3.: zależność wartości napięcia powierzchniowego od stężenia - propanol

-Sprawdzenie zgodności z regułą Traubego dla napięć powierzchniowych o wartościach 70, 65
i 60 mN/m - metodą regresji kwadratowej wyznaczono równania funkcji zależności napięcia powierzchniowego od stężenia roztworów badanych alkoholi:

pentanol

σ=2364,95c²-567,98c+71,57

butanol

σ=221,86c²-134,75c+72,75

propanol

σ=24,72c²-39,56c+70,93

Zgodnie z regułą Traubego stosunek stężeń dwóch kolejnych alkoholi w szeregu homologicznym, dla których uzyskano tą samą wartość napięcia powierzchniowego jest stały i w tym przypadku wynosi 3,2.

Tabela7.: wyniki potrzebne do sprawdzenia zgodności z regułą Traubego

-Wyznaczenie nadwyżek powierzchniowych - nadwyżki powierzchniowe Γ zostały obliczone dla kilku wybranych stężeń z równania adsorbcji Gibbsa:

gdzie:

Γ - wartość nadwyżki powierzchniowej [kmol/m²]

σ - napięcie powierzchniowe [mN/m]

c - stężenie roztworu [mol/dm³]

T - temperatura pomiaru (dla pentanolu - 294,5 K, dla pozostałych alkoholi - 295 K)

R - stała gazowa (8,314 J/mol*K)

Pochodne napięć powierzchniowych roztworu po ich stężeniu wynoszą odpowiednio:

pentanol:

butanol:

propanol:

Tabela8.: nadwyżki powierzchniowe

-Na podstawie znajomości wartości nadwyżek powierzchniowych narysowano izotermy adsorbcji badanych alkoholi.

Wykres4.: izoterma adsorbcji pentanolu

Wykres5.: izoterma adsorbcji butanolu

Wykres6.: izoterma adsorbcji propanolu

-Sprawdzenie zgodności wyznaczonych izoterm z równaniem Langmuira oraz wyznaczenie wartości współczynników A i Γ_∞.

Tabela9.: stosunek stężeń do nadwyżek powierzchniowych

Narysowano wykresy funkcji f(c)=c/Γ dla poszczególnych alkoholi.

Wykres7.: wykres f(c)=c/Γ dla pentanolu

Wykres8.: wykres f(c)=c/Γ dla butanolu

Wykres9.: wykres f(c)=c/Γ dla propanolu

Izotermę adsorbcji Langmuira można przedstawić równaniem w postaci liniowej:

Z równania można wywnioskować:

oraz

Tabela10.: wartości Γ_∞ i A

5. Wnioski.

Na podstawie wyników wykonanego ćwiczenia można stwierdzić, że im wyższe stężenie danego alkoholu w wodzie, tym niższa jest wartość napięcia powierzchniowego. Sprawdzono zgodność
z regułą Traubego dla kilku wartości napięcia powierzchniowego - nie udało jej się potwierdzić. Obliczone wartości nie są stałe i są dalekie od teoretycznej wartości wynoszącej 3,2 - przyczyną tego mogły być odmienne warunki dokonywanych pomiarów od tych, które wykonano do określenia reguły Traubego. Wyznaczone dla roztworów badanych alkoholi izotermy spełniają równanie Languimira -wykresy dla zależności stosunku c/Γ od stężenia są prostoliniowe. Wyznaczone izotermy spełniają też inny warunek - ze wzrostem stężenia nadwyżka powierzchniowa dąży do stałych wartości obliczonych z równania Langmuira i przedstawionych w tabeli 10.