Wyznaczanie napięcia powierzchniowego cieczy
(ćwiczenie nr 12)
WSTĘP
Cele ćwiczenia:
wyznaczenie napięcia powierzchniowego wody za pomocą kapilary
wyznaczanie napięć powierzchniowych różnych cieczy metodą wypływu kropel
W bardzo cienkich rurkach - kapilarach - umieszczonych w naczyniu z cieczą obserwuje się zjawisko włoskowatości; o ile zastosowana ciecz zwilża ścianki naczynia (wartość siły działającej pomiędzy cząsteczkami cieczy, a cząsteczkami naczynia jest większa od wartości siły oddziaływania pomiędzy samymi cząsteczkami cieczy) to występuje - oprócz powstania menisku wklęsłego - podniesienie się poziomu cieczy ponad poziom ustalony w naczyniu. W momencie, w którym wypadkowa sił unosząca ciecz wzwyż zostanie zrównoważona przez ciężar słupka cieczy, ustala się stały poziom.
Znając wymiary użytej rurki kapilarnej, oraz mierząc wysokość, na jaką wspiął się słupek cieczy, można obliczyć jej napięcie powierzchniowe.
Gdy ciecz wypływa kroplami w dół z pionowej kapilary, na kroplach tworzą się przed oderwaniem przewężenia - siła napięcia powierzchniowego powoduje zawsze ograniczenie powierzchni kropli do minimum, a jednocześnie wypływająca ciecz zwiększa objętość i masę kropli. W zależności od masy kropli danej cieczy zmienia się także wartość jej napięcia powierzchniowego.
Znając masę jednej kropli danej cieczy, oraz masę kropli i wartość napięcia powierzchniowego innej, można w przybliżeniu obliczyć nieznane napięcie powierzchniowe.
OBLICZENIA
Wyznaczanie napięcia powierzchniowego wody za pomocą kapilary:
σ = , hśr = 30,67 mm = 0,03067 m, r = 0,00047 m, g = 9,81 m/s2 ρH20 = 1000 kg/m3
σ = = 0,071 N/m
Wyznaczanie napięcia powierzchniowego wody destylowanej, wody destylowanej z detergentem, wodnego roztworu kwasu octowego i denaturatu.
σi = σ , σ = 0,071 N/m
σ1 = ∙ 0,071 N/m = σ = 0,071 N/m
(woda destylowana)
σ2 = ∙ 0,071 N/m = 0,037 N/m
(woda destylowana z detergentem)
σ3 = ∙ 0,071 N/m = 0,072 N/m
(roztwór wodny kwasu octowego)
σ4 = ∙ 0,071 N/m = 0,024 N/m
(denaturat)
BŁĘDY
1. Błędy pomiaru za pomocą kapilary.
= + , Δr = 0,00001 m , Δh = 0,00167 m
= +
Δσ = 5,38 ∙10-3 N/m
= 0,076
B% = 7,57 %
Błędy pomiaru metodą kroplową.
= + + , Δmi = Δm = 4 ∙10-8 kg , = 1,82 ∙10-3 , = 0,043
(Woda destylowana)
= + 1,82 ∙10-3 + 0,043
Δσ1 = 3,31 ∙10-3 N/m
= 0,047
B% = 4,66 %
(Woda destylowana z detergentem)
= + 1,82 ∙10-3 + 0,043
Δσ2 = 1,79 ∙10-3 N/m
= 0,048
B% = 4,83 %
(roztwór wodny kwasu octowego)
= + 1,82 ∙10-3 + 0,043
Δσ3 = 3,36 ∙10-3 N/m
= 0,047
B% = 4,66 %
(denaturat)
= + 1,82 ∙10-3 + 0,043
Δσ4 = 1,21 ∙10-3 N/m
= 0,0503
B% = 5,025 %
WYNIK DOŚWIADCZENIA. WNIOSKI.
Wyznaczona w pierwszej części doświadczenia wartość napięcia powierzchniowego wody wynosi:
σ = 0,071 N/m +/- 5,38 ∙10-3 N/m
Ta wartość jest w przybliżeniu zgodna z wartością tablicową *, która wynosi:
σ = 71,98 mJ/m2 , 1 J/m2 = 1 N/m
Pozostałe wyznaczone wartości napięć powierzchniowych wynoszą:
σ1 = 0,071 N/m +/- 3,31 ∙10-3 N/m (woda destylowana z drugiej części doświadczenia)
σ2 = 0,037 N/m +/- 1,79 ∙10-3 N/m (woda destylowana z detergentem)
σ3 = 0,072 N/m +/- 3,36 ∙10-3 N/m (roztwór wodny kwasu octowego)
σ4 = 0,024 N/m +/- 1,21 ∙10-3 N/m (denaturat)
( Napięcie powierzchniowe metanolu - 22,1 mJ/m2 , etanolu - 22 mJ/m2 )*
Doświadczenie pozwala ponadto zaobserwować wpływ detergentów na wartość napięcia powierzchniowego wody.
* Dane tablicowe pochodzą z: „Tablice Chemiczne”, Witold Mizerski, Wyd. IV, Adamantan 2004
Tu były jakieś problemy z danymi tablicowymi. Że niby za mało. Chyba -1 pkt.