Изучение зависимости коэффициента поверхностного натяжения раствора от его концентрации методом максимального давления в пузырьке

Изучение температурной зависимости коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом максимального давления в пузырьке

Изучение зависимости коэффициента поверхностного натяжения раствора от его концентрации методом максимального давления в пузырьке

Лабораторная работа № 13

Изучение температурной зависимости коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом

максимального давления в пузырьке.

Цель работы: Определить коэффициент поверхностного натяжения неизвестной жидкости, изучить зависимость коэффициента поверхностного натяжения от концентрации раствора и зависимость коэффициента поверхностного натяжения  воды  от  температуры.

Приборы и принадлежности: установка, стаканы, электроплитка, термометр, исследуемые жидкости различных концентраций.

Описание установки

Установка (рис. 13.1 ) состоит из аспиратора А, соединенного резиновыми трубками с микроманометром М и верхним воздушным пространством плотно закрытой колбы Д,  в которую наливается некоторое количество исследуемой жидкости.

В колбу Д вводится так же стеклянная трубка С, нижний конец которой оттянут, а верхний соединен с атмосферой.

Оттянутый конец трубки С помещается на уровне исследуемой жидкости так, чтобы он по всему периметру соприкасался с ее поверхностью.

Если из аспиратора А вытекает вода, то давление воздуха внутри сосуда Д понижается и при некотором значении Р под действием атмосферного давления Р0 через капилляр в жидкость продавливается пузырек воздуха. Разность Р0 – Р   измеряется микроманометром М (в мм. водного ст.) .

Для исследования s дистиллированной воды от температуры сосуд Д помещается на плитку.

Система «аспиратор – колба – манометр» соединяются через кран (пробку) отростка О с атмосферой.

Теория метода

   Если,  закрыв кран (пробку) отростка О, слегка приоткрыть кран В аспиратора А, то вода начнет медленно вытекать из него и давление в колбе будет постепенно понижаться.

Разность давлений  DР  внутри и вне колбы приводит к возникновению на нижнем оттянутом конце трубки воздушного пузырька, объем которого растет с ростом DР. Давление внутри газового пузырька в жидкости в момент отрыва равно атмосферному.

Это давление уравновешивается давлением  Р над поверхностью жидкости в сосуде Д и давлением, обусловленным поверхностным натяжением Р1 :                   (1)

Найдем Р1. Рассмотрим пузырек газа радиусом R и рассечем его мысленно горизонтальной плоскостью (рис. 13.2).

Вследствие поверхностного натяжения верхняя часть пузырька будет притягиваться нижней, причем на каждый элемент длины пограничной линии будет действовать сила , направленная по касательной к поверхности пузырька.

Определим элементарную силу нормального давления  на площадь сечения :

                                      (2)

Переходя к пределу и интегрируя по всей длине пограничной линии, получим полную силу нормального давления:

                              (3)

Таким образом, величина нормального давления на единицу площади сечения S равна:

                                          (4)

Этот вывод справедлив для любого сечения. Поэтому давление в любой точке пузырька

                                                     (5)

Давление в пузырьке будет максимальным, когда радиус Rего будет минимальным, т.е. равным радиусу капилляра r . Тогда

                                                  (6)

Величина  есть постоянная прибора, которая определяется изменением  DP для жидкости с известным коэффициентом поверхностного натяжения.

Тогда для исследуемой жидкости

                                                  (7)

где  К – постоянная  прибора.

Для нахождения К необходимо провести опыт с жидкостью, коэффициент поверхностного натяжения которой хорошо известен, например, с дистиллированной водой. Тогда для дистиллированной воды формула (7) примет вид

                                                (8)

где s0 — коэффициент поверхностного натяжения дистиллированной воды при определенной температуре, определяется из таблиц;

DP0 разность давлений при проведении опыта с дистиллированной водой.

Тогда

                      (9)

Проведя опыт с любой жидкостью, коэффициент поверхностного натяжения которой неизвестен, и определив по манометру из опыта  для этой жидкости можно найти коэффициент поверхностного натяжения этой жидкости s по формуле

                                        (10)

Подготовка и проведение эксперимента

Упражнение 1. Определение постоянной прибора

1.  Заполнить аспиратор А водой и плотно закрыть пробкой.

2.  Промыть трубку С сначала спиртом, а затем дистиллированной водой.

3.  Колбу Д заполнить дистиллированной водой, для которой коэффициент поверхностного натяжения s0 известен.  Измерить температуру дистиллированной воды в колбе Д и по таблице

Источник: https://vunivere.ru/work73583

Изучение зависимости коэффициента поверхностного натяжения раствора от его концентрации и температуры

Изучение зависимости коэффициента поверхностного натяжения раствора от его концентрации методом максимального давления в пузырьке

ID: 67771

Название работы: Изучение зависимости коэффициента поверхностного натяжения раствора от его концентрации и температуры

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Физика

Описание: Наличие у жидкости свободной поверхности приводит к существованию особой категории явлений называемых поверхностными или капиллярными. Если сфера находится в жидкости то в ней этих молекул разумеется на несколько порядков больше чем в газе над поверхностью. Если молекулы находятся в приграничном…

Язык: Русский

Дата добавления: 2014-09-14

Размер файла: 295 KB

Работу скачали: 10 чел.

Введите текст]

Лабораторная работа № 226

ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА

ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ РАСТВОРА

    Принадлежности: экспериментальная установка,  набор растворов,  электроплитка.

    Введение. Наличие у жидкости свободной поверхности приводит к существованию особой категории явлений  называемых поверхностными или  капиллярными.    В поверхностных явлениях участвуют только те молекулы  которые находятся непосредственно у самой поверхности  в тонком слое толщиной  порядка радиуса молекулярного действия.

   Радиусом молекулярного действия называется расстояние , на которое распространяется действие молекулы, находящейся в центре сферы. Такая сфера называется сферой молекулярного действия.

На рисунке 1,а точками отмечены молекулы, а кружками изображены сферы молекулярного действия. Центральная молекула взаимодействует с теми молекулами, которые оказались внутри сферы.

Если сфера находится в жидкости, то в ней этих молекул, разумеется, на несколько порядков больше, чем в газе над поверхностью.

Если молекулы находятся в приграничном слое толщиной 2 (сферы 2; 3; 4), то суммарная сила  f, действующая на них со стороны окружающих молекул, будет направлена внутрь жидкости (сила изображена стрелками различной длины). Величина этой силы в зависимости от положения молекулы относительно поверхности жидкости изображена на рисунке 1,б.

    Молекулы внутри жидкости или в газе (в сферах 1 и 5) окружены со всех сторон такими же молекулами с одинаковой плотностью и равнодействующая сила со стороны окружающих их молекул равна нулю.

    Чтобы выйти на поверхность жидкости, а тем более, перейти из жидкой в газовую фазу, молекула должна затратить энергию на преодоление этих сил. Поэтому потенциальная энергия молекулы  u в поверхностном слое превышает ее энергию внутри жидкости.

Зависимость этой избыточной энергии от положения молекул относительно поверхности показана на рис. 1,в. Избыточная энергия всех молекул поверхностного слоя называется поверхностной энергией – U.

Очевидно, что поверхностная энергия пропорциональна площади  S  свободной поверхности жидкости

,

где   – удельная поверхностная энергия, т.е. энергия  молекул на единице площади поверхности. Величину      измеряют  в единицах Дж/м2   или  эрг/см2.

    Как известно из механики, силы действуют всегда так, чтобы привести систему в состояние с наименьшей потенциальной энергией.

В частности, и поверхностная энергия стремится принять наименьшее возможное значение (наименьшее S).

Именно с этим связано стремление капелек жидкости  в газе (или пузырьков газа в жидкости)  принять сферическую форму  (рис.2); при заданном объеме шар обладает наименьшей из всех фигур поверхностью.

         Тенденция свободной поверхности к сокращению обусловлена касательными к свободной поверхности жидкости силами f. Эти силы перпендикулярны к воображаемой линии   l   на поверхности жидкости.

Таким образом, на линию, ограничивающую какой-либо участок поверхности  действуют силы, направленные перпендикулярно этой линии  по касательной к поверхности  (рис. 2).

Сила, отнесенная к единице длины контура, называется  коэффициентом  поверхностного натяжения. Итак,

,      (1)

 – коэффициент поверхностного натяжения жидкости.

Единица измерения коэффициента поверхностного натяжения Н/м  или дина/см. Можно показать, что численно =. Величина коэффициента поверхностного натяжения зависит от природы жидкости. Она уменьшается с повышением температуры и обращается в нуль при критической температуре, где исчезает различие между жидкостью и паром.

    Стремление свободной поверхности жидкости к сокращению приводит к тому, что давление под искривленной поверхностью жидкости  оказывается иным, чем под плоской поверхностью.

Под вогнутой поверхностью давление меньше, а под выпуклой больше, чем под плоской.

Добавочное давление, обусловленное искривлением поверхности жидкости, зависит от коэффициента поверхностного натяжения и кривизны поверхности.

    Установить эту связь можно довольно просто. Рассечем мысленно сфери-ческую каплю жидкости радиуса R плоскостью на два полушария  (рис. 2). Из-за поверхностного натяжения поверхностные слои полушарий притягиваются

друг к другу с силой

.

Эта сила прижимает полушария друг к другу по поверхности площади  R2   и, следовательно, приводит к возникновению дополнительного давления под искривленной поверхностью жидкости                                                                         

.            (2)

где 1/R – кривизна поверхности шара.

Это давление называют часто капиллярным, а  также давлением Лапласа. В общем случае, когда поверхность жидкости имеет произвольную форму,

,                                             (3)

где   является средней кривизной поверхности в данной точке;

R1    и  R2 – радиусы кривизны поверхности в двух взаимно перпендикулярных нормальных сечениях.

Существует много способов измерения коэффициента поверхностного натяжения. В данной работе используется метод максимального давления в пузырьках. Он основан на измерении максимального давления  рm  при образовании пузырька воздуха, выдавливаемого из капиллярного кончика

радиуса  r  в жидкость  ( рис. 3 ) . Для выдавливания пузырька воздуха из “кончика” капилляра давление в нем  p1  должно быть не меньше давления снаружи, которое складывается из давления внешнего p2, давления гидростатического gh и капиллярного давления сферической поверхности жидкости 2/R.

                 .

Разность р1–р2 давлений вполне доступна для измерения внешним манометром:

.

Максимальное значение капиллярного давления, очевидно, будет при радиусе пузырька  R2=r :

В этот момент пузырек имеет форму полусферы радиуса r, равного радиусу капилляра. Радиусы кривизны мениска R1 и R3 больше радиуса упомянутой выше полусферы (см. рис.3), поэтому по мере искривления мениска давление в пузырьке  p сначала увеличивается до тех пор, пока пузырек не примет форму полусферы. При этом давление достигает максимума

.      (4)

Дальнейшее увеличение размера пузырька, сопровождающееся увеличением радиуса кривизны сферической поверхности и происходит уменьшение давления.

Описание установки. Схема экспериментальной установки показана на рис.4. Плотно закрытый цилиндрический сосуд  5 с исследуемой жидкостью соединен шлангами  через крестовину 2 с аспиратором  1 и манометром  7.

Через пробку в этот сосуд введена стеклянная трубка  4 с оттянутым “кончиком”, верхний конец которой открыт в атмосферу, а нижний тонкий “кончик” слегка  касается поверхности исследуемой жидкости, т.е. глубина погружения h  0.

При открытии крана аспиратора над исследуемой жидкостью создается разрежение и атмосферное давление выдавливает через  “кончик” пузырек воздуха. Максимальное давление  pm фиксируется манометром 7. При этом условии    ,     (5)

где 0 – плотность жидкости в манометре 7,

      g – ускорение свободного падения.

     Hm– максимальная разность уровней в манометре.

Основным измерительным прибором в данной установке является манометр. Чувствительностью установки называется отношение изменения показания манометра Hm к изменению измеряемой величины . Из формулы (5) следует, что чувствительность установки  равна    .

Для повышения чувствительности установки можно заполнить манометр жидкостью малой плотности, уменьшить радиус “кончика” r, понизить эффективное значение ускорения свободного падения. Для наших условий реальна последняя  из трех возможностей.

Уменьшения g можно достичь, если расположить манометр наклонно под углом   к горизонту. Для наклонного манометра . Тогда формула (5) приобретает вид , откуда следует, что коэффициент поверхностного натяжения исследуемой жидкости, содержащейся в сосуде 5, можно рассчитать по следующей формуле:

,    (6)

где А – постоянная для данной лабораторной установки величина, называемая постоянной прибора.

Постоянную прибора можно и нужно измерить, проведя опыт с доступной жидкостью,  коэффициент поверхностного натяжения которой известен с хорошей точностью.

Для поддержания и изменения температуры исследуемой жидкости сосуд 5 помещается в стакан 6, наполненный водой и стоящий на нагревателе.

Измерения.

Упражнение 1. Определение постоянной прибора.

  1.  Аккуратно, чтобы не сломать боковой отросток, промыть сосуд 5.
  2.  Налить в сосуд 5 дистиллированную воду так, чтобы “ кончик” слегка соприкасался с ее поверхностью.
  3.  Залить в аспиратор 1 воду до уровня бокового отростка.
  4.   Открыть кран 3, создав внутри прибора  атмосферное давление. Уровни жидкости при этом в коленах манометра  выравниваются и устанавливаются на высоте  h0  . Произвести отсчет h0   и записать его в таблицу.
  5.  Закрыть кран 3. Плавно открывайте кран аспиратора, чтобы изменение давления происходило достаточно медленно, что даст возможность легко отсчитать высоты уровней в манометре в момент отрыва пузырька.

5. Когда частота образования пузырьков установится, произвести по манометру  в момент отрыва пузырьков не менее 7 отсчетов верхнего максимального уровня жидкости в манометре  h1.

6. Вычислить  H0 = 2 (h1   –  h0)  по среднему значению  h1 .

Таблица 1

№ изм.t, C0h0h1H0A

7. Определить постоянную прибора из формулы  (6) следующим образом:

,

где 0 – коэффициент поверхностного натяжения воды, найденный из табличных данных при температуре опыта.

Упражнение 2. Исследование зависимости коэффициента поверхностного натяжения воды от температуры.

1. Не выливая дистиллированную воду из сосуда 5, включите нагреватель. Когда температура воды в стакане 6 достигнет 70-80С,  выключить нагреватель и пусть вода медленно остывает.

2. Через каждые  7-8 производить измерения по методу, описанному в упр.1  (п. 3-5). Для записи полученных результатов заготовьте табл. 2.

Таблица 2

3. По формуле  определить коэффициент поверхностного натяжения исследуемой жидкости.

4. По результатам измерений  постройте график зависимости    от температуры.

Упражнение 3. Определение концентрации раствора спирта.

  1.  Заполните сосуд 5  раствором спирта неизвестной концентрации С. Рекомендуется предварительно прополоскать сосуд и “кончик” тем  раствором, который предполагается исследовать.
  2.  Определить, как и в предыдущих упражнениях, максимальную разность уровней в манометре высот Hm .Эксперимент провести не менее трех раз.
  3.  По формуле  определить коэффициент поверхностного натяжения исследуемой жидкости.  Форму таблицы выберите сами.
  4.  Используя график зависимости поверхностного натяжения спирта от концентрации определить концентрацию исследуемого раствора.
  1.  Какими физическими причинами обусловлено поверхностное натяжение жидкости?
  2.  Что называется коэффициентом поверхностного натяжения? Единицы измерения. От каких факторов зависит КПН?
  3.  Как направлены силы поверхностного натяжения?
  4.  Что такое капиллярное давление?
  5.  Чем обусловлено давление Лапласа. Пояснить на рисунке.
  6.  Что  называют краевым углом? Какой он для смачивающей и несмачивающей жидкости?
  7.  Расскажите содержание метода определения поверхностного натяжения.
  8.  Перечислите другие методы измерения   .
  9.  Почему газовый пузырек принимает сферическую форму?
  10.  Чему равен коэффициент поверхностного натяжения при критической температуре?
  11.  Почему при наклоне манометра увеличивается его чувствительность?
  12.   К абсолютному или относительному методу относится принятый здесь способ измерения   ?
  13.  Вычислите по данным опыта радиус  “кончика” капилляра r.

Список рекомендуемой литературы

  1.  Сивухин Д.В. Общий курс физики. Т.2. Термодинамика и молекулярная физика. М.: Физматлит, 2006. §108-109.
  2.  Матвеев А.Н. Молекулярная физика. М.: Высшая школа, 1981. С. 262- 264, 266-268.
  3.  Савельев И.В. Курс общей физики. Т.1. Механика и молекулярная физика. СПб.: Лань, 2005.§115-119.

PAGE  49

EMBED Word.Picture.8  

EMBED Word.Picture.8  

EMBED Word.Picture.8  

EMBED Word.Picture.8  

Источник: http://5fan.ru/wievjob.php?id=67771

Определение поверхностного натяжения методом максимального давления в газовом пузырьке

Изучение зависимости коэффициента поверхностного натяжения раствора от его концентрации методом максимального давления в пузырьке

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru

Отчёт по лабораторной работе

Определение поверхностного натяжения методом максимального давления в газовом пузырьке

fЦель работы:

1) Определить поверхностное натяжение изобутилового спирта методом максимального давления в газовом пузырьке.

2) Вычислить величину поверхностного натяжения после добавления к двум концентрированным растворам адсорбента.

3) Построить графическую зависимость поверхностного натяжения от концентрации раствора.

4) Вычислить величины адсорбции Г. Построить зависимость адсорбции от концентрации Г= g(C).

f1. Теоретическая часть

Поверхностное натяжение — это энергия необходимая для создания единицы поверхности жидкости. Она определяется как сила, действующая на единицу длинны линии ограничивающую поверхность. Оно возникает при стремлении поверхности жидкости уменьшить свою площадь.

Это стремление обусловлено действием некомпенсированных сил на молекулы поверхностного слоя жидкости, направленных вглубь объема жидкости перпендикулярно поверхности. В глубине объема жидкости суммарная сила, действующая на молекулы, равна нулю.

Размерность поверхностного натяжения выражается в Н/м и в Дж/м2.

Поверхностное натяжение характеризуется энергией Гиббса. Она зависит от размера самой поверхности и от поверхностного натяжения

(1.1)

где П — поверхность жидкости. Изменение энергии Гиббса может происходить только за счет изменения поверхности, вместе с которой меняется поверхностное натяжение.

При добавлении к растворителю растворенного вещества может меняться поверхностное натяжение жидкости. Растворенное вещество будет определенным образом перераспределяться между поверхностью и объемом. В результате концентрация растворенного вещества может увеличиваться или уменьшаться по сравнению с объемом.

Адсорбция — это увеличение концентрации растворенного вещества на поверхности раздела двух фаз. Обратный процесс называется десорбцией.

Вещество, на поверхности которого происходит адсорбция, называется адсорбентом, а поглощаемое из объемной фазы вещество — адсорбатом.

Способность адсорбента поглощать адсорбат характеризуется величиной адсорбции Г, которая определяется как избыток массы адсорбата в пограничном слое над его массой в равном объеме окружающей среды, приходящейся на единицу поверхности адсорбента. Измеряется в молях на квадратный метр.

Зависимость между величиной адсорбции и изменением поверхностного натяжения установлена Гиббсом. Уравнение Гиббса имеет вид

(1.2)

где у — поверхностное натяжение, — химический потенциал адсорбата.

При малых концентрациях или давлении адсорбирующегося вещества можно записать иначе

, (1.3)

где — концентрация при равновесии растворенного или газообразного вещества в среде, из которой происходит адсорбция.

Вещества, понижающие поверхностное натяжение, называются поверхностно активными. С повышением их концентрации поверхностное натяжение падает. Адсорбция в такой ситуации положительна. Вещества, которые повышают поверхностное натяжение, называются поверхностно инактивными.

2. Экспериментальная часть работы

Методика исследования.

Метод максимального давления в газовом пузырьке для измерения поверхностного натяжения жидкости заключается в следующем. Вертикальная трубка, оканчивающаяся капилляром, опускается до касания с поверхностью жидкости.

Через трубку пропускается инертный газ (сухой воздух) При соприкосновении нижнего среза капилляра с поверхностью жидкости начнет образовываться пузырек газа.

В тот момент, когда достигается максимальное давление P, пузырек срывается с капилляра, преодолевая поверхностное натяжение у на границе жидкость — газ. В этом случае поверхностное натяжение рассчитывается по формуле:

(2.1)

где r — внутренний радиус капилляра. Для того что бы вычислить у необходимо знать радиус капилляра r. Его можно рассчитать, воспользовавшись жидкостью с известным поверхностным натяжением. В данной работе в качестве стандартной жидкости применим воду. Поверхностное натяжение воды при температуре 25 о С найдем по таблице 1.

Таблица 1

Температура, о С
t161718192021222324252627
у, мДж/73,3473,1973,0572,8972,7572,5972,4472,272,171,9771,8271,66

По таблице видно, что она равна у = 71,97 мДж/.

Из уравнения

(2.2)

выразим и рассчитаем r.

Поверхностное натяжение исследуемого раствора связано с максимальным давлением уравнением

(2.3)

Опыт проводиться с одним и тем же капилляром, следовательно, для расчета можно воспользоваться соотношением

(2.4)

полученным делением одного уравнения на другое.

Далее, в работе необходимо проследить, как измениться поверхностное натяжение раствора при добавлении адсорбента и построить зависимость Г= f(C) графическим методом. В данной работе в качестве адсорбирующего вещества используем уголь.

Для этого к кривой у =f(C) в разных точках проведем касательные и продолжим до пересечения с осью ординат. Через точки, в которых построены касательные, проведем прямые параллельно оси абсцисс так же до пересечения их с осью ординат.

Измерим отрезки L оси ординат между касательной и проведенной через эту точку горизонтальной прямой. Значение адсорбции вычислим по следующей формуле:

(2.5)

Так подсчитываются величины Г для тех концентраций, для которых в соответствующих точках построены касательные.

Схема установки.

На рисунке 1 изображена схема установки. Измерительная трубка 1 с капилляром укрепляется в штативе 2 подъемного механизма и соединяется резиновой трубкой с компрессором 4 (в данной работе вместо газгольдера использован компрессор). Воздух, поступающий из компрессора, через колонку осушителя 5 проникает в капилляр.

Капиллярная трубка опускается до соприкосновения с поверхностью жидкости, налитой в стакан 8. Момент начала образования пузырька соответствует увеличению давления P. Изменение давления регистрируется при помощи манометра 7. Кранами 3 и 6 регулируется расход воздуха.

Это нужно для того что бы время образования одного пузырька составляло не менее 30 с.

поверхностный натяжение спирт

Рис. 1. Схема установки для определения поверхностного натяжения методом максимального давления в газовом пузырьке.

3. Расчеты

Для начала, определим максимальное давление P1 для воды. Для повышения точности, измерение проведем 3 раза. Получим:

P, мм.сп.ст.
187
286
386

Рассчитаем среднее значение

Далее, зная поверхностное натяжение воды и максимальные давления исследуемых растворов , вычислим поверхностные натяжения по формуле 2.4. Результаты занесем в таблицу 2.

fТаблица 2

С, Му, мДж/
10,00575, 8691
20,0173,3688
30,0270,0284
40,0565,0378
50,160,0272
60,255,8567

Пример расчета:

Построим график зависимости поверхностного натяжения от концентрации раствора изобутилового спирта (Рис.2.)

Рис. 2. График зависимости поверхностного натяжения от концентрации у =f(C).

Видим, что поверхностное натяжение с увеличением концентрации уменьшается.

Добавим адсорбент в растворы с концентрациями 0,2 и 0,1 М. Заметим, что в обоих случаях максимальные давления уменьшелись. Поверхностные натяжения стали равными и 71,69 мДж/ при введении угля в растворы концентрациями C = 0,2 М и 0,1М соответственно. Их концентрации стали равными С = 0,071М и С = 0,016 М соответственно.

Построим изотерму адсорбции графическим методом (Рис.3) Для этого выберем экспериментально полученные точки на изотерме поверхностного натяжения у =f(C). Разность между точкой отсечения на оси ординат b и значением у будет величиной L. Адсорбцию вычислим по формуле (2.5)

Результаты занесем в таблицу 3

Результаты вычислений
С,Му, мДж/b, мДж/L, мДж/Г, ммоль/
0,00575, 8680,14,240,0017
0,0173,3676,332,970,0012
0,0270,0275,055,030,0020
0,0565,0371,05,970,0024
0,160,0266,56,480,0026
0,255,8562,26,350,0026

Пример расчета:

fПостроим изотерму адсорбции Г=g(C) (Рис.4).

С увеличение концентрации раствора изобутилового спирта наблюдается увеличение адсорбции, в то время как поверхностное натяжение уменьшается. Это говорит о том, что растворенное вещество поверхностно активно.

fВывод

В данной работе было исследовано поверхностное натяжение изобутилового спирта при различных концентрациях при температуре T = 289K. На основании полученных данных построена изотерма поверхностного натяжения у =f(C). Величина поверхностного натяжения спирта уменьшилась при увеличении его концентрации.

Добавленный уголь в концентрированные растворы 0,2 и 0,1 М адсорбировал на своей поверхности часть молекул растворов. Их концентрации стали равными С = 0,071М и С = 0,016 М соответственно. На основании изотермы поверхностного натяжения построена изотерма адсорбции Г=g(C) графическим методом.

Обе функциональные зависимости Г=g(C) и у =f(C) качественно показывают уменьшение поверхностного натяжения и увеличение адсорбции с ростом концентрации поверхностно активного вещества.

Размещено на Allbest.ru

  • Изучение явления поверхностного натяжения и методика его определения. Особенности определения коэффициента поверхностного натяжения с помощью торсионных весов. Расчет коэффициента поверхностного натяжения воды и влияние примесей на его показатель.презентация [1,5 M], добавлен 01.04.2016

Источник: https://revolution.allbest.ru/physics/00545752_0.html

3 А Д А Ч А 52. ИЗУЧЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ РАСТВОРА ОТ ЕГО КОНЦЕНТРАЦИИ И ТЕМПЕРАТУРЫ ПО МЕТОДУ МАКСИМАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ В ПУЗЫРЬКЕ

Изучение зависимости коэффициента поверхностного натяжения раствора от его концентрации методом максимального давления в пузырьке

Принадлежности: 1) аспиратор, 2) спиртовый манометр, 3) сосуд в форме пробирки с боковым отростком и пробкой, 4) трубка с оттянутым концом, 5) два стакана, 6) термометр, 7) электроплитка, 8) мешалка, 9) штатив, 10) набор исследуемых жидкостей.

Теоретическое введение см. в задаче 50.

Описание прибора. Прибор (рис. 1) состоит из наполненного водой аспиратора Л, соединенного с помощью резиновых трубок

и четырехконечной трубки С с манометром М1) и с верхним воз­душным пространством плотно закрытого сосуда В, в который на­ливается некоторое количество исследуемой жидкости. Через от­верстие в пробке в этот сосуд вводится так называемый «кончик», представляющий собою стеклянную трубку, нижний конец которой

оттянут так, что выход канала трубки весьма узок. Этот «кончик» помещается на уровне испытуемой жидкости так, чтобы он сопри­касался с ее поверхностью. Сосуд В помещается для поддержания или изменения температуры в стакан, наполненный водой, который может подогреваться. Четвертый отросток d четырехконечной труб­ки, который может закрываться, соединяет всю эту систему с ат­мосферой.

Если, закрыв отросток d, слегка приоткрыть кран аспиратора, то вода начнет медленно вытекать из него, и в верхней части аспи­ратора, а следовательно, и в соединенных с ней верхней части со­суда В и левом колене манометра создается разрежение.

При некотором определенном разрежении избыток атмосфер­ного давления проталкивает через «кончик» в сосуд В пузырек воз­духа. Это происходит тогда, когда разность давления атмосферного

Зеркальная шкала манометра для удобства отсчета может передвигаться вверх и вниз.

воздуха и воздуха в сосуде В, измеряемая разностью высот уровней жидкости в коленах манометра, уравновешивает давление, вызы­ваемое поверхностным натяжением испытуемой жидкости, стремя­щимся сжать образующийся пузырек.

Обозначим эту разность давлений через Я, а коэффициент по­верхностного натяжения исследуемой жидкости — через а. Тогда в момент отрыва пузырька между ними будет существовать следую­щее соотношение:

а =       (1)

где А — коэффициент пропорциональности, зависящий от размеров «кончика», т. е. величина, постоянная для данного прибора. Для определения ее необходимо произвести опыт с какой-либо жидкостью, поверхностное натяжение которой хорошо известно, например с-водой. Тогда, подставив соответствующие значения #0 и а0 в формулу (1), будем иметь

а0

(2)

Определив таким образом постоянную прибора, можно перейти к определению поверхностного натяжения любой жидкости, кото­рое выразится теперь формулой

а =       (3)

П0

Измерения. 1. Определение постоянной прибора. Собрав прибор согласно рисунку, налив в аспиратор воды до уровня бокового отростка и дистиллированной воды в сосуд В до уровня, указанного на рисунке, открывают отросток d соединительной стек­лянной трубки, устанавливая этим внутри прибора атмосферное давление.

Уровни жидкости в коленах манометра при этом вырав­ниваются. Передвигая шкалу манометра, устанавливают нулевое деление ее на общий уровень спирта в коленах.

Закрыв затем от­росток d, открывают кран аспиратора настолько, чтобы изменение давления происходило достаточно медленно и можно было легко отсчитать высоты уровней в манометре в момент отрыва пузырька.

Когда частота образования пузырьков установится, начинают производить отсчеты по манометру, отмечая высоту уровня в обоих коленах. Отсчеты производятся не менее чем для десяти пузырьков, и из них берется среднее.

Одновременно производят отсчет температуры в стакане с водой, в который погружен сосуд В.

Подставив в формулу (2) полученное значение Н0 и взятое из таблиц или графика значение а0 для данной температуры, находят постоянную прибора.

2.         Определение зависимости а от концен­трации раствора. Вылив воду из сосуда В, наполняют его раствором метилового спирта в воде определенной концентра­ции, причем во избежание ошибки рекомендуется предварительно прополоскать сосуд и особенно «кончик» этим раствором. Опре­делив, как и в первом случае, высоту Я, находят по формуле (3) соответствующее значение а.

Подобные измерения повторяют для целого ряда растворов из­вестной концентрации и по полученным данным строят график за­висимости а от концентрации.

3.         Определение зависимости а от темпе­ратуры. Прополоскав и наполнив ксилолом сосуд В, нагре­вают воду в стакане, в который погружен сосуд, до 80—90° и дают ей затем медленно остывать, производя через каждые 10° отсчеты.

Определив по этим отсчетам а для нескольких температур, строят график зависимости а от температуры.

Источник: http://bookzie.com/book_705_glava_150_3_A_D_A_CH_A_52._IZUCHENIE_ZAV.html

Biz-books
Добавить комментарий