Lepkość cieczy

CEL ĆWICZENIA

ZASADA POMIARU

Lepkość cieczy wyznaczamy, mierząc czas jej przepływu przez kapilarę.

Pomiaru dokonujemy w wiskozymetrze Ostwalda.

Za podstawę obliczeń przyjmujemy wzór Poiseuillea:

r - promień kapilary

p - ciśnienie hydrostatyczne cieczy

V - objętość przepływającej cieczy

t - czas przepływu

l- długość kapilary

Dla cieczy wzorcowej o znanej lepkości :

Jeśli objętość cieczy badanej jest równa objętości cieczy wzorcowej (V=Vw), to po podzieleniu powyższych równań stronami otrzymujemy zależność :

Ponieważ obie ciecze wypływają pod własnym ciężarem, ciśnienia hydrostatyczne zastępujemy ich gęstościami i otrzymujemy równanie :

W celu otrzymania opisaną metodą wyników powtarzalnych należy zachować następujące warunki pomiaru:

WYKONANIE POMIARU

Przed rozpoczęciem pomiaru, butelkę z cieczą umieszczamy w termostacie. Do zbiornika B wiskozymetru Ostwalda (czystego i suchego) wprowadzamy za pomocą pipety odmierzoną dokładnie objętość wody V_w. Wodę zasysamy gruszką gumową lub nasadką powyżej poziomu a zbiornika A.

Czas przepływu wody (T_w) oznaczamy jako średnią z czterech powtórzeń. W identyczny sposób mierzymy czas przepływu badanego roztworu (lub czystej cieczy) o objętości V=V_w, uzyskując wartość t.

Gęstość cieczy względem wody oznaczamy metodą piknometryczną. Piknometr jest to naczynie szklane zaopatrzone w płaszcz powietrzny i termometr. W górnej części tego naczynia znajduje się kapilarna rurka przelewowa, dzięki której po napełnieniu i zamknięciu piknometru objętość cieczy w naczyniu jest zawsze taka sama, a miarą gęstości tej cieczy jest jej masa na jednostkę objętości.

Dla wody:

Dla badanej cieczy:

Gęstość wody w temperaturze pomiaru odczytujemy z tabeli.

Piknometr ważymy trzykrotnie, oznaczając kolejno:

stąd:

masa wody w objętości piknometru m_w = m₂ - m₁

masa cieczy x w objętości piknometru m_x = m₃ - m₁

gdzie d_x to gęstość badanej cieczy

Lepkość względną obliczamy ze wzoru:

- lepkość badanego roztworu

d - gęstość badanego roztworu

t - czas przepływu badanego roztworu

_w , d_w , t_w - te same wielkości dla cieczy wzorcowej

Pomiar lepkości względnej w dwóch różnych temperaturach (T₁ i T₂) umożliwia wyznaczenie energii aktywacji E dla cieczy, które spełniają równanie Arrheniusa-Guzmana:

= Aexp(E/RT)

gdzie: A i E - stałe, charakterystyczne dla danej cieczy

W tym celu równanie to doprowadzamy do postaci liniowej przez logarytmowanie:

Stąd:

3. Oznaczanie wpływu elektrolitu na lepkość koloidu asocjacyjnego:

Do kolbek miarowych na 50 cm ³ odmierzamy kolejno po 10 cm ³ 2-procentowego roztworu stearynianu sodowego. Następnie dodajemy roztwór NaCl o stężeniu 0,5 mol/dm³, w takiej objętości, żeby stężenie po napełnieniu kolbek wynosiły kolejno: 25, 50, 75, 100, 125, 150, 175, 200 mmol/dm³ . Po uzupełnieniu wodą destylowaną zawartość kolbek dokładnie mieszamy.

Rozpoczynamy pomiary od roztworu, który zawiera najmniejszą ilość elektrolitu. Pomiary wykonujemy dla każdego roztworu czterokrotnie. Wiskozymetr przed pomiarem przemywamy dokładnie wodą destylowaną i badanym roztworem.

Dla roztworów rozcieńczonych, których gęstość jest zbliżona do gęstości wody, lepkość względną obliczamy ze wzoru:

SPOSÓB PRZEDSTAWIENIA WYNIKÓW

Wyniki przedstawiamy w tabeli i na wykresie.

Wpływ elektrolitu na lepkość roztworu koloidowego :

Na wykresie przedstawiamy wartości lepkości względnej (oś rzędnych) w zależności od stężenia elektrolitu w roztworze (oś odciętych).

4