4 A. FELÜLETI FESZÜLTSÉG MÉRÉSE BUBORÉKNYOMÁSOS MÓDSZERREL

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "4 A. FELÜLETI FESZÜLTSÉG MÉRÉSE BUBORÉKNYOMÁSOS MÓDSZERREL"

Irma Soós
7 évvel ezelőtt
Látták:

1 4 A. FELÜLETI FESZÜLTSÉG MÉRÉSE BUBORÉKNYOMÁSOS MÓDSZERREL Az összefüggő anyagi endszeek (az ún. tömbfázisok, agy angol elneezéssel "bulk" fázisok) közötti atáfelületi étegek alkotóészei más enegetikai állapotban annak, mint a tömbfázisok belsejében léők. Ennek oka az, ogy a tömbfázis felületén (két kondenzált tömbfázis esetén a atáfelületen) a kémiai és fizikai tulajdonságokat megatáozó mikoészecskék (atomok, egyszeű és komplex ionok, molekulák agy ezekből felépülő kisebb aggegátumok) a más kölcsönös enegetikai lekötöttség miatt nagyobb enegiájú állapotban annak, mint a tömbfázis belsejében elelyezkedő azonos kémiai és fizikai felépítésű, egymásoz képest enegetikailag kiegyensúlyozott(abb) tásaik. Ebben a felületben ualkodó feszültséget atáfelületi feszültségnek () neezzük. A atáfelületi feszültség édefiníciói: a felületben, annak egységnyi osszúságú onalában ató eő (N/m), agy egységnyi nagyságú felület izotem-izoco szükséges munka (J/m 2 ) (felületi munka). eezibilis úton aló léteozásáoz A felületi feszültség tiszta - egykomponensű - fázisoknál az anyagi minőség, a őméséklet és kisebb métékben a nyomás függénye. Ha a tömbfázisok elegyek, oldatok, akko a felületi feszültség a komponensek összetételétől is számotteően függ, mégpedig annál nagyobb métékben, minél felületaktíabb az oldott komponens, az ún. tenzid, a felületaktí anyag. A tenzidek, agy felületaktí anyagok csökkentik a folyadék atáfelületi feszültségét, amit az okoz, ogy ezek mindig amfipatikus jellegű együletek, melyek osszabb szénláncú liofób (íze onatkoztata idofób) csopotot és liofil (íze onatkoztata idofil) atomot, agy öid atomcsopotot tatalmaznak. idofób csopot idofil csopot 1. ába Felületaktí anyag molekulái és koodinációi a atáfelületen 1

2 Az ilyen molekulák a felületen liofil (idofil) észükkel az egyik fázisba (folyadék-gőz endszeben általában a folyadékba, íz - szees folyadék endszeben a idofilebb, azaz a izes fázisba) meüle iányítottan endeződe elyezkednek el 1. ába alsó észe), így a felületen fajlagosan több leet belőlük, mint a tömbfázis belsejében. Ezek teát a felületen feldúsulnak, pozití adszopciójuk köetkezik be. Az adszopció az a jelenség, ami akko áll elő, amiko a szóban fogó komponens koncentációja a atáfelületi étegben más, mint az őket léteozó tömbfázisokban. Felületaktí molekulákat tatalmazó oldatok esetén még inkább különbözik a felületi éteg szekezete az oldatbelitől, mint a tiszta folyadékok esetében, ami - mint má említettük - a atáétegben égbemenő adszopció köetkezménye. Az adszopció folyamatában a atáfelületi éteg összetétele megáltozik. Adott őmésékleten és nyomáson magáa agya a endszet beáll az adszopciós egyensúly, ami - szigoúan dinamikus jellegű léén - azt jelenti, ogy ekko a atáfelületi étegből időegység alatt ugyanannyi anyagmennyiség táozik a tömbfázisba, mint amennyi odakeül. Folyadék almazállapotú endszeek felületi (atáfelületi) feszültségének méésée többféle módsze is kínálkozik, pl.: a kapilláis emelkedés módszee, a buboéknyomásos módsze, a sztalagmométees módsze, a leszakítási módsze és a nyugó csepp módsze. A kapilláis emelkedés (süllyedés) módszeéel a felületi feszültség megatáozását a folyadékba meülő, sugaú kapilláisban, magasa emelkedő (agy mélye süllyedő), folyadék idosztatikai nyomásának méésée ezetjük issza (2. a. ába). A ρ sűűségű folyadékoszlop idosztatikai nyomása egyensúlyt tat az R göbületi sugáal jellemezető meniszkusz (a kapilláisban léő folyadék felszínének alakja) két oldala (folyadék- és a gőzfázis) közötti nyomáskülönbséggel, agyis 2 cosθ g p. (2.1) a kapilláis és a folyadék közötti nedesítési peemszög. A felületi feszültség (2.1)-ből kifejeze: g. (2.2) 2cosΘ 2

3 2 2R a.) b.) c.) d.) 2. ába: Felületi feszültség méési módszeek A buboéknyomásos módszeel azt a külső nyomást méjük, amely szükséges aoz, ogy a méendő felületi feszültségű folyadékba mélysége bemátott sugaú kapilláis égén buboék képződjék 2.d. ába). Ez a nyomás a p kapilláis nyomás. Ha a buboék sugaát d-el megnöeljük, a buboék téfogata 4 2 d-el, felülete pedig 8d -el nő meg. A közben égzett téfogati munkának egyenlőnek kell lennie a felületi feszültség munkájáal: amiből a felületi feszültség: (2.4) A méése a 3. ábán látató készüléket asználjuk. Ez egy 1,5-2 dm 3 -es, alul csappal ellátott és ízzel töltött edény (1), amelynek egyik oldaláoz milliméteskálás manométe (2), a másik oldaláoz méőkapilláist (melyen kököös jel látató) tató, gumidugóal ellátott méőedény (3) csatlakozik. A méés soán az edény alján léő alsó csapon keesztül a izet lassan kifolyatjuk. Ennek atásáa csökken az edény belsejében a nyomás, és így a (4) kapilláis két ége között nyomáskülönbség áll elő. Aoz azonban, ogy az sugaú kapilláison keesztül leegőbuboék jusson a készülékbe, le kell győzni a kapilláis égén képződő sugaú buboék kapilláis nyomását és a kapilláis bemeülési mélységének megfelelő idosztatikai nyomást. Ez egyúttal a maximális nyomáskülönbség is. Lassan folyata ki a izet a (2) manométeen leolasott níókülönbség buboékolás közben mindig ugyanazon kis inteallumban áltozik, így a maximális nyomáskülönbség méető. 3

4 izsgált oldat 3. ába. Buboék-nyomásos felületi feszültség-méő beendezés Izibutil-alkool, íz elegy felületi feszültségének méése buboéknyomásos módszeel A méési feladat: 1. Hatáozza meg a méőkapilláis sugaát! 2. Méje meg a különböző koncentációjú izobutil-alkool - íz elegy felületi feszültségét! 3. Állapítsa meg egy ismeetlen elegy izobutil-alkool koncentációját! A gyakolat kiitelezése: A méőedénybe előszö desztillált izet töltünk a kapilláis sugaának megatáozásáa. A ízbe belemeítjük a kapilláist úgy, ogy a dugó mellett leegő ne sziáogasson be és a íz szintje a kököös jelig éjen. Ezután megkezdjük a íz kifolyatását egyenletes lassú áamban úgy, ogy a kapilláison át leetőség szeint egyenletes buboékolás alakuljon ki. A manométe maximális szintkülönbségét feljegyezzük. A kíséletet elégezzük egye nöekő koncentációjú izobutil-iz elegyekkel is. Minden újabb oldat betöltése előtt a méendő oldattal átöblítjük a méőedényt, égül megméjük az ismeetlen koncentációjú oldat felületi feszültségét. A méés égén megméjük a kapilláis bemeülési mélységét a kapilláis köjelétől a kapilláis égéig. (Ügyelni kell aa, ogy a kapilláis tiszta maadjon, met a áakodó szennyeződés megamisítja a méést.) A kapott méési adatokból kiszámítjuk az oldatok felületi feszültségét, és millimétepapíon ábázoljuk az oldatösszetétel függényében, majd az ismeetlen oldatunk koncentációját leolassuk a megajzolt kalibációs göbénkől. 4

5 Né:... Tcs:... Dátum:... IZOBUTIL-ALKOHOL - VÍZ ELEGYEK FELÜLETI FESZÜLTSÉGÉNEK MÉRÉSE BUBORÉKNYOMÁSOS MÓDSZERREL Észlelési- és eedménylap 1. KISÉRLETI ADATOK A felületaktí anyag:... A kisélet őméséklete: t =... o C A kapilláis bemeülési mélysége: =... m Ismeetlen: Koncentáció g. dm -3 Desztillált íz 1,25 2,5 5,0 10,0 m m Felületi feszültség, N. m SZÁMÍTOTT ADATOK A desztillált íz felületi feszültsége: = 0,0729-1, [t ( o C) -18] =... N. m -1 A kapilláis sugaa: 2, g m íz A különböző koncentációjú oldatok felületi feszültsége az alábbi összefüggéssel számítató: m, old g old 0,5 Melléklet: = f(c)diagam 5

Hasonló dokumentumok

FELÜLETI FESZÜLTSÉG. Jelenség: A folyadék szabad felszíne másképp viselkedik, mint a folyadék belseje.

FELÜLETI FESZÜLTSÉG. Jelenség: A folyadék szabad felszíne másképp viselkedik, mint a folyadék belseje. Jelenség: A folyadék szabad felszíne másképp iselkedik, mint a folyadék belseje. A felületen leő molekulákra a saját részecskéik onzása csak alulról hat, a felülettel érintkező leegő molekulái által kifejtett