6. Oldatok felületi feszültségének meghatározása. Előkészítő előadás

Hasonló dokumentumok
Folyadékok és szilárd anyagok sűrűségének meghatározása különböző módszerekkel

Folyadékok és gázok mechanikája

6. Blokk Felületi feszültség mérése folyadék/gáz határfelületen

Folyadékok és gázok mechanikája

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

5. gy. VIZES OLDATOK VISZKOZITÁSÁNAK MÉRÉSE OSTWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉTERREL

Hidrosztatika, Hidrodinamika

HIDROSZTATIKA, HIDRODINAMIKA

1. előadás. Gáztörvények. Fizika Biofizika I. 2015/2016. Kapcsolódó irodalom:

9. Laboratóriumi gyakorlat NYOMÁSÉRZÉKELŐK

A kolloidika alapjai. 4. Fluid határfelületek

Folyadékok áramlása Folyadékok. Folyadékok mechanikája. Pascal törvénye

Hidrosztatika. Folyadékok fizikai tulajdonságai

B1.15 Felületi feszültség meghatározása differenciális kapilláremelkedés mérése alapján. Hallgatói kiegészítés őszi félév

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Folyadékok és gázok áramlása

3. Mérőeszközök és segédberendezések

1. Feladatok a termodinamika tárgyköréből

Halmazállapot-változások vizsgálata ( )

Sók oldáshőjének és jég olvadáshőjének meghatározása anizotermés hővezetéses kaloriméterrel

Mikroszkóp vizsgálata Folyadék törésmutatójának mérése

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

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

25. Folyadék gőznyomásának meghatározása a hőmérséklet függvényében. Előkészítő előadás

Homogén testnek nevezzük az olyan testet, amelynek minden része ugyanolyan tulajdonságú. ρ = m V.

Kémiai reakciók sebessége

Termodinamikai bevezető

Felületi feszültség és viszkozitás mérése. I. Felületi feszültség mérése. Felületi feszültség mérés és viszkozimetria 2. Fizikai kémia gyakorlat 1

A nyomás. IV. fejezet Összefoglalás

Mit nevezünk nehézségi erőnek?

Folyadékok és gázok áramlása

Spontaneitás, entrópia

Tárgyszavak: kapilláris, telítéses porometria; pórustérfogat-mérés; szűrés; átáramlásmérés.

5. Sók oldáshőjének meghatározása kalorimetriás módszerrel. Előkészítő előadás

A gáz halmazállapot. A bemutatót összeállította: Fogarasi József, Petrik Lajos SZKI, 2011

6 Ionszelektív elektródok. elektródokat kiterjedten alkalmazzák a klinikai gyakorlatban: az automata analizátorokban

Mőködési elv alapján. Alkalmazás szerint. Folyadéktöltéső nyomásmérık Rugalmas alakváltozáson alapuló nyomásmérık. Manométerek Barométerek Vákuummérık

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

7. Mágneses szuszceptibilitás mérése

Nyomás. Az az erő, amelyikkel az egyik test, tárgy nyomja a másikat, nyomóerőnek nevezzük. Jele: F ny

Termodinamika (Hőtan)

Mérési hibák

Spontaneitás, entrópia

Az egyensúly. Általános Kémia: Az egyensúly Slide 1 of 27

Modern Fizika Labor. 2. Az elemi töltés meghatározása. Fizika BSc. A mérés dátuma: nov. 29. A mérés száma és címe: Értékelés:

Elméleti kérdések 11. osztály érettségire el ı készít ı csoport

Labor elızetes feladatok

5. Laboratóriumi gyakorlat

NE HABOZZ! KÍSÉRLETEZZ!

Kolloidkémia 5. előadás Határfelületi jelenségek II. Folyadék-folyadék, szilárd-folyadék határfelületek. Szőri Milán: Kolloidkémia

Reológia Mérési technikák

NYOMÁS ÉS NYOMÁSKÜLÖNBSÉG MÉRÉS. Mérési feladatok

1. feladat Alkalmazzuk a mólhő meghatározását egy gázra. Izoterm és adiabatikus átalakulásokra a következőt kapjuk:

AZ ALUMINUM KORRÓZIÓJÁNAK VIZSGÁLATA LÚGOS KÖZEGBEN

FIZIKA KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

W = F s A munka származtatott, előjeles skalármennyiség.

Határfelületi jelenségek: felületi feszültség koncepció

Oldatkészítés, ph- és sűrűségmérés

2. Rugalmas állandók mérése jegyzőkönyv javított. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Méréstechnika. Hőmérséklet mérése

Nyomás. Az az erő, amelyikkel az egyik test, tárgy nyomja a másikat, nyomóerőnek nevezzük. Jele: F ny

TÉRFOGATÁRAM MÉRÉSE. Mérési feladatok

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Előszó.. Bevezetés. 1. A fizikai megismerés alapjai Tér is idő. Hosszúság- és időmérés.

1.1. Feladatok. x 0 pontban! b) f(x) = 2x + 5, x 0 = 2. d) f(x) = 1 3x+4 = 1. e) f(x) = x 1. f) x 2 4x + 4 sin(x 2), x 0 = 2. általános pontban!

Anyagvizsgálati módszerek Elektroanalitika. Anyagvizsgálati módszerek

V átlag = (V 1 + V 2 +V 3 )/3. A szórás V = ((V átlag -V 1 ) 2 + ((V átlag -V 2 ) 2 ((V átlag -V 3 ) 2 ) 0,5 / 3

ROMAVERSITAS 2017/2018. tanév. Kémia. Számítási feladatok (oldatok összetétele) 4. alkalom. Összeállította: Balázs Katalin kémia vezetőtanár


2. mérés Áramlási veszteségek mérése

Allotróp módosulatok

Diffúzió. Diffúzió. Diffúzió. Különféle anyagi részecskék anyagon belüli helyváltoztatása Az anyag lehet gáznemű, folyékony vagy szilárd

Diffúzió 2003 március 28

7. VIZES OLDATOK VISZKOZITÁSÁNAK MÉRÉSE OSTWALD-FENSKE-FÉLE VISZKOZIMÉTERREL

Ideális gáz és reális gázok

Az α értékének változtatásakor tanulmányozzuk az y-x görbe alakját. 2 ahol K=10

NEDVESEDÉS (KONTAKT NEDVESEDÉS TANULMÁNYOZÁSA TENZIDOLDATOKKAL)

(2006. október) Megoldás:

Öveges korcsoport Jedlik Ányos Fizikaverseny 2. (regionális) forduló 8. o március 01.

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

POLIMERTECHNIKA Laboratóriumi gyakorlat

Rönk kiemelése a vízből

Használati útmutató AX-5002

Mivel foglalkozik a hőtan?

28. Nagy László Fizikaverseny Szalézi Szent Ferenc Gimnázium, Kazincbarcika február 28. március osztály

PÉLDÁK ERŐTÖRVÉNYEKRE

A LÉGKÖRBEN HATÓ ERŐK, EGYENSÚLYI MOZGÁSOK A LÉGKÖRBEN

MUNKAANYAG. Szabó László. Hogyan kell U csöves manométerrel nyomást mérni? A követelménymodul megnevezése: Fluidumszállítás

A talajok összenyomódásának vizsgálata

Szent István Egyetem FIZIKA. Folyadékok fizikája (Hidrodinamika) Dr. Seres István

Hatvani István fizikaverseny forduló megoldások. 1. kategória. J 0,063 kg kg + m 3

A mérés célkitűzései: A matematikai inga lengésidejének kísérleti vizsgálata, a nehézségi gyorsulás meghatározása.

Az oldatok összetétele

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

Ón-ólom rendszer fázisdiagramjának megszerkesztése lehűlési görbék alapján

Általános kémia képletgyűjtemény. Atomszerkezet Tömegszám (A) A = Z + N Rendszám (Z) Neutronok száma (N) Mólok száma (n)

Mágneses szuszceptibilitás mérése

A mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Newton-gyűrűkkel Folyadék törésmutatójának mérése Abbe-féle refraktométerrel

A TERMODINAMIKA I. AXIÓMÁJA. Egyszerű rendszerek egyensúlya. Első észrevétel: egyszerű rendszerekről beszélünk.

Mérések állítható hajlásszögű lejtőn

Átírás:

6. Oldatok felületi feszültségének meghatározása Előkészítő előadás 2017.02.13.

Elméleti áttekintés Felületi feszültség: a szabadentalpia függvény felület szerinti parciális deriváltja. Ez termodinamikai definíció. A felületi feszültség nem feszültség dimenziójú! A definícióból látszik, hogy dimenziója energia / felület. SI mértékegysége J/m². γ = G A T, p, n Molnárpoloskák a víz felületén http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/36/wasserl%c3%a4ufer_bei_der_paarung_crop.jpg

Elméleti áttekintés Egy másik, szemléltes definícióhoz gondoljunk egy mozgatható keretben kifeszülő szappanhártyára. Növeljük meg a felület nagyságát állandó nyomáson és hőmérsékleten egy l hosszúságú oldalt dx távolsággal történő elmozdításával! Az ekkor végzett munka: dw = Fdx, ahol F az elmozdulás irányába ható erő. Megjegyzés: a felület növeléséhez mindig energiát kell befektetni. Az F erő a felület növelésével ellentétes irányban, a felület síkjában hat. Az egyenletet integrálva és átalakítva: F W = Fx = xl = γa l

Elméleti áttekintés W = Fx = F l xl = γa γ = W A Az egyenlet alapján a felületi feszültség: új felület izoterm, reverzibilis létrehozásához szükséges munka és a felület nagyságának hányadosa. Ebből a definícióból dimenziója erő / hosszúságnak adódik (ami megegyezik az energia / felület dimenzióval). SI egysége N/m.

Néhány anyag felületi feszültsége Néhány anyag anyag/levegő határfelületre vonatkozó felületi feszültsége adott hőmérsékleten: Anyag neve T / C γ / (N/m) víz 25 0,072 víz 100 0,059 higany 15 0,487 benzol 20 0,029 aceton 20 0,024 n-hexán 20 0,018

A víz felületi feszültsége a hőmérséklet függvényében

Az Eötvös-szabály A felületi feszültség hőmérsékletfüggésére Eötvös Loránd az alábbi összefüggést adta: γv 2 m 3 = k 0 ( T T ) ahol γ a felületi feszültség, V m a moláris térfogat, k az Eötvös állandó, T 0 a kritikus hőmérséklet, T a hőmérséklet. Az egyenlet szerint a felületi feszültség csökken a hőmérséklet emelkedésével és a kritikus hőmérsékleten értéke nullává válik.

Az oldott anyagok hatása a felületi feszültségre

A Gibbs-féle felületi többlet koncentráció Ha az oldott anyag felhalmozódik a határréteg közelében, akkor a felületi feszültség csökken. Ha a felületi réteg elszegényedik az oldott anyagban, akkor a felületi feszültség nő. Ennek a jellemzésére vezették be a Gibbs-féle felületi többletkoncentrációt: σ ni Γi = A ahol n iσ az i. anyag felületi rétegben megjelenő többlet anyagmennyisége, A a felület nagysága.

A Gibbs-féle többletkoncentráció szemléltetése oldószer oldott anyag A görbe alatti terület a többlet anyagmennyiség.

A Gibbs-féle adszorpciós izoterma A Gibbs-féle többletkoncentráció és az oldott anyag koncentrációja közötti kapcsolatot egy adszorpciós izoterma írja le: 1 dγ Γi = RT d ln c ahol G i az i. anyag Gibbs-féle felületi többletkoncentrációja, R az egyetemes gázállandó, T a termodinamikai hőmérséklet, γ a felületi feszültség és c i az i. anyag anyagmennyiség koncentrációja. A felületi többletkoncentráció egy különböző koncentrációjú oldatokat tartalmazó oldatsorozat felületi feszültségeinek mérése segítségével meghatározható. i

A buboréknyomás mérő berendezés kapilláris csappal zárható tölcsér mintatartó edény manométer folyadéktartály a csepegtetéshez

A készülék működése Amikor az A edényben létrehozott nyomáscsökkenés eléri a kapillárison beszívott levegőbuborék maximális görbületi nyomását (buboréknyomás) plusz a bemerülés hidrosztatikai nyomását, a buborék leszakad a kapillárisról. p = h + p γ p m p h a hidrosztatikai nyomás p γ a görbületi nyomás p m a manométeren mért nyomáskülönbség

Az egyenletben szereplő nyomások A hidrosztatikai nyomás: p h = ρ g h ahol ρ a mért folyadék sűrűsége g a nehézségi gyorsulás (9,81 ms -2 ) h a folyadék magassága (a kapilláris bemerülési mélységével egyezik meg) A görbületi nyomás: ahol γ a felületi feszültség r a kapilláris sugara A manométeren mért nyomáskülönbség: p m = ρ v g h ahol ρ v a manométerfolyadék sűrűsége (itt víz) g a nehézségi gyorsulás (9,81 ms -2 ) h a manométeren mérhető szintkülönbség p γ 2γ = r

A mérés menete A készülékkel relatív mérést végzünk, mert a készülékállandó (~ a kapilláris sugara) csak így határozható meg kellő pontossággal. Ismert felületi feszültségű folyadékkal (a gyakorlaton desztillált vízzel) kalibráljuk a készüléket, azaz meghatározzuk a kapilláris sugarát. Ennek ismeretében más folyadékok felületi feszültsége mérhető/számolható.

Behelyettesítés után egyenletünk: A kalibrációnál a mért folyadék a víz (ρ = ρ v ) és a kapilláris sugarát kell kiszámolnunk: Ismeretlen felületi feszültség (γ x ) számolásánál: A számolás menete h g r h g = + v 2 ρ γ ρ ( ) h h g r = v v v 2 ρ γ ( ) h h g r x = x x v 2 ρ ρ γ

Gyakorlati tanácsok a méréshez A készülék csiszolatait nedvesíteni kell, hogy jól zárjanak. A mérőkapillárist tisztán kell tartani! Amikor új anyagot kezdünk mérni a kapillárist mossuk le kívülről és belülről is alaposan öblítsük át az új anyaggal vízlégszivattyú segítségével. A kapillárist állítsuk függőleges helyzetbe. A folyadékszintnek akkor kell a felső jelnél lennie, amikor egy buborék éppen leszakad a kapillárisról.

A csepegtetési sebesség Elméletileg: minél lassabb, annál jobban megközelíti a felület növekedése az ideális, reverzíbilis esetet. Gyakorlatilag: ha nagyon lassú a buborékképződés, akkor a mérés nagyon sokáig tart. Optimális sebesség: a manométerben a folyadék szintje jól követhető, nagyítóval 0,1-0,2 mm pontossággal leolvasható. Ha a csepegtetés túl gyors, akkor a kialakuló nyomáskülönség NEM a buboréknyomástól fog függni, ezért ezt mindenképpen el kell kerülni!

Működés közben Tipikus képek egy működő készülékről. h 1 = 26.3 mm h 2 = -0.5 mm Δh= 26.8 mm

Sűrűségmérés Az ismeretlen oldatok sűrűségét Mohr-Westphal mérleggel mérjük. A mérleg működése Archimédész törvényén alapul (azaz ez egy hidrosztatikai mérleg). Archimédész törvénye szerint minden folyadékba vagy gázba merülő testre felhajtóerő hat, amelynek nagysága egyenlő a test által kiszorított folyadék vagy gáz súlyával.

Sűrűségmérés A mérleg üvegtestét folyadékba mártva a mérleg kitér egyensúlyi helyzetéből, amelyet fém súlyok (lovasok) felhelyezésével vissza tudunk állítani. A súlyok mérete és elhelyezkedése alapján a folyadék sűrűsége megadható.

A sűrűségmérés gyakorlata A legnagyobb lovas a kar végén 1,000 g/cm 3 sűrűségnek felel meg. A súlyok által kifejtett forgatónyomaték a felfüggesztési helytől való távolsággal arányos, így beljebb helyezve őket arányosan kisebb sűrűségnek felelnek meg. Ha a mérleget ismert sűrűségű folyadékra (például vízre) kiegyensúlyozzuk a sűrűségnek megfelelő súlyok felhelyezésével és a mérleg beállításával, akkor az ismeretlen sűrűségű folyadékok abszolút sűrűsége mérhető.

A sűrűség értékének leolvasása - példa A legnagyobb lovas a 3-as osztásnál: 0,3 g/cm 3 A közepes lovas a 4-es osztásnál: 0,04 g/cm 3 A kicsi lovas az 5-ös osztásnál: 0,005 g/cm 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Összesen: 0,345 g/cm 3

Az oldatsorozat összeállítása Két mérőhelyenként 6 oldatot állítanak össze 0,2-1,6 cm 3 izobutanolt hígítva 25 cm 3 -re. Az alkoholt óvatosan elegyítsék a vízzel, mert a rendszer habzásra hajlamos! V i-butanol / cm 3 (a) mérőhely (b) mérőhely 0,2 0,4 0,6 0,8 1,2 1,6 Körülbelül, de pontosan mérjük be a megadott mennyiségeket!

Az oldatsorozatra mért felületi feszültségek Ábrázoljuk a mért felületi feszültséget az oldat koncentrációjának függvényében! A felületi többletkoncentráció számolását NEM ez alapján a grafikon alapján végezzük! 0.060 felületi feszültség (N/m) 0.055 0.050 0.045 0.040 0.035 0.030 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 c / (mol/dm 3 )

A felületi többletkoncentráció számítása Ábrázoljuk a mért felületi feszültséget az oldat koncentrációja természetes alapú logaritmusának függvényében! 1 dγ Γ = RT d ln c Illesszünk egyenest a pontokra! γ = ΓRT ln c + konst. felületi feszültség (N/m) 0.060 0.055 0.050 0.045 0.040 Y = A + B * X Parameter Value Error ------------------------------------------------------------ A 0.02817 8.68972E-4 B -0.01151 5.98698E-4 ------------------------------------------------------------ R SD N P ------------------------------------------------------------ -0.99463 0.00101 6 <0.0001 ------------------------------------------------------------ A meredekségből a felületi többletkoncentráció számítható: Γ = m /( RT) 0.035 0.030-2.5-2.0-1.5-1.0-0.5 0.0 ln(c / (mol/dm 3 ))

A felületi többlet számítása minta számolás R = 8,314 J / (mol K), T = 298,15 K m = 0.01151 N/m Γ = ( 0,01151 N/m) /( RT) = 4,64 10 6 mol/m 2 γ = ΓRT ln c + konst. Miért ez a mértékegység? N m / J molk K = N mol mj = N mol m Nm = mol 2 m Váltsuk át az értéket mol/cm 2 mértékegységbe! 1 cm 2 felület 1/10000 része 1 m 2 -nek, így az átváltott érték 4,64 10 10 mol/cm 2.

Beadandó eredmények Szintkülönbség ( h (átlag)) a desztillált vízre. A kapilláris sugara (r). Az ismeretlen oldat esetén az oldat sűrűsége. Szintkülönbség ( h (átlag)) az ismeretlen oldatra. A mérés hőmérséklete. Az ismeretlen oldat felületi feszültsége. A vizes i-butanol oldatsorozatra táblázatosan: V i-butanol / cm 3 c/( mol/dm 3 ) h(átl.) / m p görbületi / Pa γ i-butanol / (N/m) A γ - c és a γ - ln c függvények ábrázolása. A felületi többletkoncentráció (Γ ) meghatározása a γ - ln c egyenes meredeksége alapján. Az eredmény megadása mol/cm 2 egységben is.