Skystų tirpalų paviršinės įtempties koeficiento priklausomybės nuo koncentracijos tyrimas

7. SKYSTŲ TIRPALŲ PAVIRŠINĖS ĮTEMPTIES KOEFICIENTO PRIKLAUSOMYBĖS NUO KONCENTRACIJOS TYRIMAS 1. Darbo užduotis. Ištirti, kaip priklauso vandens paviršinės įtempties koeficientas nuo jame ištirpinto alkoholio koncentracijos. 2. Teorinė dalis. Skysčio molekulės yra arti viena kitos, todėl tarp jų veikia gana didelės molekulinės jėgos. Didėjant atstumui, molekulinės jėgos sparčiai mažėja. Kai šis atstumas didesnis už vadinamąjį molekulinio veikimo sferos spindulį m, į jas jau nekreipiama dėmesio. Kiekviena skysčio molekulė, kuri nutolusi nuo laisvojo paviršiaus atstumu, didesniu už R (1 pav.) yra iš visų pusių maždaug vienodai apsupta kitų to skysčio molekulių, ir todėl ją veikianti tų molekulių atstojamoji jėga (molekulė A). Kitaip yra molekulei B, esančiai nuo skysčio paviršiaus atstumu, mažesniu už R. Kai virš skysčio paviršiaus yra oras, tuomet ją veikianti jėga yra nukreipta į skysčio vidų. Kaip tik dėl to kiekviena skysčio molekulė, pereidama iš skysčio gilumos į jo paviršių, atlieka darbą. Šį darbą atlikti gali tik molekulė, turinti pakankamą kinetinės energijos kiekį. Atlikto darbo didumu padidėja molekulės potencinė energija. Todėl kiekviena paviršinio skysčio sluoksnio molekulė, giluminių atžvilgiu, turi potencinės energijos perteklių. Šią paviršinio sluoksnio perteklinę energiją Wp vadiname paviršine. Ji tiesiogiai proporcinga skysčio paviršiaus plotui S, t.y. . (1) Kaip žinome, kiekvieno kūno pastoviąją būseną atitinka minimali potencinė energija, todėl skysčio laisvajame paviršiuje veikia jam lygiagrečios jėgos, kurios stengiasi sumažinti paviršiaus plotą S, taip pat ir paviršinę energiją Wp . Šios jėgos vadinamos paviršiaus įtempimo jėgomis. Dydis (1a) vadinamas paviršiaus įtempimo koeficientu. Jis skaitine verte lygus paviršiaus ploto vieneto paviršinei energijai ir priklauso nuo skysčio prigimties, temperatūros bei ištirpintų medžiagų. Alkoholis, eteris, muilas ir daugelis kitų organinių medžiagų vandens paviršiaus įtempimą mažina, o ištirpinta valgomoji druska – didina. Dėl molekulinių sąveikos jėgų (1 pav.), be paviršiaus įtempimo, dar turime skysčio paviršiaus slėgį pm , kuriuo paviršiaus sluoksnis slegia visą skystį. Šis slėgis priklauso nuo skysčio prigimties ir jo paviršiaus kreivumo. Iš patirties žinome, kad kapiliarą nedrėkinančio skysčio meniskas išgaubtas (2 pav., a), o drėkinančio – įgaubtas (2 pav., c). 2 paveiksle dydžiu p pažymėtas skysčio paviršiaus bendras slėgis. Laplasas įrodė, kad, dėl skysčio paviršiaus įtempimo jėgų, kreivas skysčio paviršiaus sluoksnis, plokščiojo atžvilgiu, skystį veikia papildomu slėgiu p, kuris nukreiptas paviršiaus kreivumo centro link (2 pav.). Pagal Laplasą, spindulio R skysčio sferinio paviršiaus papildomas slėgis (3 pav.) išreiškiamas taip: (2) Papildomas slėgis labai svarbus kapiliariniams reiškiniams. Skysčiui kapiliarą drėkinant, susidaro įgaubtas meniskas, ir po juo slėgis dydžiu sumažėja. Dėl to skystis kapiliaru pakyla tiek, kad susidariusio skysčio stulpelio hidrostatinis slėgis gh kompensuotų papildomąjį slėgį, t.y. (3) Kai skystis kapiliarą gerai drėkina, tai jo menisko kreivumo spindulys R yra lygus kapiliaro spinduliui r. Tuomet šią lygtį patogu naudoti skysčio paviršiaus įtempimo koeficientui nustatyti. 3. Aparatūra ir darbo metodas. Darbe nagrinėjamas įrenginys pavaizduotas 4 paveiksle. Į inde 1 įpiltą tiriamąjį skystį įleidus kapiliarą 2, guminiu vamzdeliu sujungtą su manometru 3, drėkinantis skystis kapiliaru pakyla aukštyn. Į vandenį panardinus gaubtą 4, susidaro slėgis, kuris veikia kapiliarą ir skysčio manometrą. Kai kapiliaro galas yra skysčio paviršiniame sluoksnyje, šį slėgį didiname, nardindami gaubtą tol, kol pasirodo burbuliukai, priešingu atveju gaubtą nardiname tol, kol meniskas kapiliare nuslūgsta iki skysčio paviršiaus lygio inde 1. Taip susidaręs slėgis išmatuojamas manometru ir išreiškiamas taip: ; (3a) čia 1 – manometrinio skysčio tankis ir h1 – skysčio lygių manometro šakose skirtumas. Šis slėgis kompensuoja kapiliare susidariusį Laplaso slėgį, t.y. . Iš čia išplaukia .(4) Matavimus pradedame su distiliuotu vandeniu. Į jį panardinę kapiliarą ir aprašytu būdu sudarę kompensuojantį slėgį, išmatuojame h1. Matavimą pakartoję keletą kartų apskaičiuojame dydžio h1 aritmetinį vidurkį bei įvertiname jo nustatymo ribinę paklaidą  h1. Iš lentelių nustatę kambario temperatūros manometrinio skysčio tankį 1, apskaičiuojame . Aprašytu būdu nustatome alkoholio įvairių koncentracijų tirpalų , brėžiame grafiką ir iš jo nustatome nežinomą tirpalo koncentraciją zx . Matavimų ir skaičiavimų rezultatus patogu surašyti lentelėje. Prieš nardinant kapiliarą į tirpalą, jį reikia nusausinti, o panardinus – praplauti tiriamajame tirpale (t.y. panardinus jį į tirpalą, gaubtą 4 nardinti tol, kol iš kapiliaro pradės veržtis oro burbuliukai. 4. Darbo rezultatai. z, % 0% 10% 20% 40% 80% 96% zx%

Daugiau informacijos...

★ Klientai rekomenduoja

Šį rašto darbą rekomenduoja mūsų klientai. Ką tai reiškia?

Mūsų svetainėje pateikiama dešimtys tūkstančių skirtingų rašto darbų, kuriuos įkėlė daugybė moksleivių ir studentų su skirtingais gabumais. Būtent šis rašto darbas yra patikrintas specialistų ir rekomenduojamas kitų klientų, kurie po atsisiuntimo įvertino šį mokslo darbą teigiamai. Todėl galite būti tikri, kad šis pasirinkimas geriausias!