Εργαστηριακή άσκηση: επιφανειακή τάση

Transcript

1 Εργαστηριακή άσκηση: επιφανειακή τάση Ο προσδιορισμός του συντελεστή επιφανειακής τάσης ενός υγρού με τη βοήθεια του σταλαγμομέτρου του Traube βασίζεται στη σύγκριση του βάρους μίας σταγόνας του υγρού με αυτό της σταγόνας ενός άλλου υγρού, γνωστού συντελεστή επιφανειακής τάσης (συνήθως του νερού). Η σύγκριση των βαρών ανάγεται τελικά σε σύγκριση αριθμού σταγόνων των δύο υγρών. Έτσι, για τον υπολογισμό του συντελεστή επιφανειακής τάσης ενός υγρού (καθαρής ουσίας ή διαλύματος) σε κάποια θερμοκρασία με τη μέθοδο του σταλαγμομέτρου του Traube απαιτούνται: α) η πυκνότητα του νερού στη θερμοκρασία αυτή (από πίνακες), d νερ. β) ο αριθμός σταγόνων του νερού στο σταλαγμόμετρο του Traube (από μέτρηση), α νερ. γ) ο συντελεστής επιφανειακής τάσης του νερού στη συγκεκριμένη θερμοκρασία, γ νερ. (και αυτός από πίνακες). δ) η πυκνότητα του υγρού (από μέτρηση ή από πίνακες), d υγρ. ε) ο αριθμός σταγόνων του υγρού στο σταλαγμόμετρο του Traube (από μέτρηση), α υγρ. Με τη χρήση της σχέσης υπολογίζουμε το συντελεστή επιφανειακής τάσης του υγρού. Πειραματική διαδικασία και υπολογισμός του συντελεστή επιφανειακής τάσης και του παράχωρου μιας καθαρής υγρής ουσίας πχ. MeOH.

2 Βήμα 1 ο α) ζύγιση και μέτρηση του βάρους β κ, μίας στεγνής και καθαρής ογκομετρικής φιάλης των 25 ml, η οποία θα χρησιμοποιηθεί ως λήκυθος, β) ζύγιση και μέτρηση του βάρους β κν, της ογκομετρικής φιάλης των 25 ml γεμάτης με νερό. γ) ζύγιση και μέτρηση του βάρους β κυ,της ληκύθου με μεθανόλη και υπολογισμός της πυκνότητας της μεθανόλης με τη σχέση Βήμα 2 ο Μέτρηση του αριθμού των σταγόνων του νερού και της μεθανόλης στο ίδιο σταλαγμόμετρο και υπολογισμός του συντελεστή επιφανειακής τάσης της μεθανόλης. Το σταλαγμόμετρο του Traube στο στενό σωλήνα επάνω και κάτω από τη διόγκωση έχει γραμμές (υποδιαιρέσεις). Συνήθως υπάρχει μία περιμετρική γραμμή επάνω από τη διόγκωση (η Α) και μία περιμετρική γραμμή κάτω από τη διόγκωση (η Β). Βυθίζουμε το κάτω άκρο του σταλαγμομέτρου στο ποτήρι Π που περιέχει το υγρό που θέλουμε να μετρήσουμε και με αναρρόφηση γεμίζουμε το σταλαγμόμετρο μέχρι κάποιο σημείο επάνω από τη γραμμή Α και αφήνουμε το υγρό να εκρεύσει. Όταν ο μηνίσκος της ελεύθερης επιφάνειας του υγρού φτάσει στη χαραγή Α αρχίζουμε να μετράμε τις σταγόνες που θα πέσουν στο ποτήρι μέχρι η επιφάνεια του υγρού να φτάσει στη γραμμή Β. Έτσι βρίσκουμε τον αριθμό σταγόνων του υγρού, α υγρ. Επαναλαμβάνουμε το ίδιο πείραμα με απεσταγμένο νερό και έχουμε και τον αριθμό σταγόνων του νερού. α νερ. Με τη χρήση της σχέσης υπολογίζουμε το συντελεστή επιφανειακής τάσης της μεθανόλης χρησιμοποιώντας για το συντελεστή επιφανειακής τάσης του νερού τις τιμές που παίρνουμε από πίνακα.

3 Βήμα 3 ο Υπολογισμός του παράχωρου της μεθανόλης, Ρ x,μ και του νερού, Ρ x,ν σύμφωνα με τον τύπο Πειραματική διαδικασία για τον υπολογισμό του συντελεστή επιφανειακής τάσης ενός διαλύματος πχ 20% V/V MeOH/H2O Βήμα 1 ο Παρασκευή του διαλύματος Για την παρασκευή διαλύματος 10% V/V MeOH/H 2 O τοποθετούμε στην ογκομετρική φιάλη των 25 ml 2,5 ml MeOH και συμπληρώνουμε με νερό μέχρι τη χαραγή. Βήμα 2 ο α) ζύγιση και μέτρηση του βάρους β κ, μίας στεγνής και καθαρής ογκομετρικής φιάλης των 25 ml, η οποία θα χρησιμοποιηθεί ως λήκυθος, β) ζύγιση και μέτρηση του βάρους β κν, της ογκομετρικής φιάλης των 25 ml γεμάτης με νερό. γ) ζύγιση και μέτρηση του βάρους β κυ,της ληκύθου με το διάλυμα και υπολογισμός της πυκνότητας του διαλύματος με τη σχέση:

4 Βήμα 3 ο Μέτρηση του αριθμού των σταγόνων του νερού και του διαλύματος στο ίδιο σταλαγμόμετρο και υπολογισμός του συντελεστή επιφανειακής τάσης του διαλύματος (όπως και στο καθαρό υγρό). Βήμα 4 ο Τελικοί Υπολογισμοί α) υπολογισμός του γραμμομοριακού κλάσματος, χ, του νερού και της μεθανόλης στο διάλυμα. β) Υπολογισμός του Μέσου Μοριακού Βάρους, _ M του διαλύματος με τη σχέση γ) Υπολογισμός του Πειραματικού παράχωρου, Ρ x,π,διαλ, του διαλύματος με τη σχέση δ) Υπολογισμός του Θεωρητικού Pεόχωρου, [Ρ] θ,διαλ, (για αναμενόμενη ιδανική συμπεριφορά) του διαλύματος με τη σχέση ε) Υπολογισμός της διαφοράς Δ[Ρ] Πειραματικού και θεωρητικού παράχωρου. Βήμα 5 ο Γραφικές παραστάσεις α) d-περιεκτικότητα% V/V σε MeOH β) γ-περιεκτικότητα% V/V σε MeOH γ) γ-γραμμομοριακό κλάσμα MeOH δ) [P] π -γραμμομοριακό κλάσμα MeOH ε) [P] θ -γραμμομοριακό κλάσμα MeOH ζ) Δ[P] -γραμμομοριακό κλάσμα MeOH

5 Σχήματα-εικόνες Σχήμα 1 Η επιφανειακή τάση συγκρατεί το βάρος του εντόμου. Τα μη πολικά τριχοειδή στα άκρα του απωθούν το νερό. Σχήμα 2 Το σφαιρικό σχήμα της σαπουνόφουσκας οφείλεται στην επιφανειακή τάση, δηλ στις δυνάμεις που έλκουν προς τα μέσα τα μόρια του υμενίου. Σχήμα 3 Σταγόνες υδραργύρου επάνω σε μία γυάλινη επιφάνεια. Οι μικρές σταγόνες έχουν σχεδόν σφαιρικό σχήμα ενώ οι

6 μεγαλύτερες παραμορφώνονται περισσότερο υπό την επίδραση της βαρύτητας. Αυτό δείχνει ότι η επιφανειακή τάση είναι εντονότερη στις μικρές σταγόνες. Σχήμα 4 Σταγόνες νερού επάνω σε γυαλί που έχει επικαλυφθεί με σιλικόνη. Η σιλικόνη ελαττώνει την συνάφεια του νερού με το γυαλί και δεν το διαβρέχει. Σχήμα 5 Ο μηνίσκος ενός υγρού μέσα σε γυάλινη σωλήνα. Αριστερά: σωλήνας με νερό, δεξιά: σωλήνας με υδράργυρο.