Поверхностное натяжение жидкостей. Парахор (стр. 3 )

2 3

5

4

1

6

7

h

8

9

10

0

Рисунок 4 – Схема установки для измерений

Сосуд 1 может быть помещен в термостат, что позволяет измерять поверхностное натяжение жидкостей при разных температурах.

Перед выполнением измерений сначала нужно подготовить установку для измерений. Для этого установить трубку микровакуумметра приблизительно под углом 30–40° к горизонтальному направлению. Залить в емкость 8 манометрическую жидкость (чистую или подкрашенную воду). Открыть кран 4 (чтобы он соединялся с атмосферой) и изменением уровня манометрической жидкости (с помощью пипетки) установить на ноль микровакуумметр.

Измерения поверхностного натяжения проводить следующим образом.

Залить в сосуд 1 стандартную жидкость так, чтобы конец капилляра трубки 2 касался поверхности жидкости (при плотно закрытой пробке). Недостаток жидкости или её избыток регулировать пипеткой. При этом кран 4 должен быть установлен так, чтобы пространство над жидкостью соединялось с атмосферой. Открыть кран 6 так, чтобы
из аспиратора 5 вытекала вода со скоростью не более одной капли за
3–4 с. Записать максимальное показание микровакуумметром. Чем больше разряжение, тем больше длина столба манометрической жидкости в трубке микровакуумметра. При измерениях со стандартной жидкостью записать 3–5 максимальных показаний микровакуумметра h0.
Закрыть кран 6 аспиратора 5, аккуратно отсоединить трубку с капилляром от сосуда 1. После этого удалить стандартную жидкость из сосу-
да 1 пипеткой, высушить его с помощью фильтровальной бумаги и залить в него исследуемую жидкость. Соблюдая все операции опыта, как со стандартной жидкостью, определить 3–5 максимальных показаний микровакуумметра для исследуемой жидкости h. Закончив опыт, опять аккуратно отсоединить трубку 2 с капилляром от сосуда 1, удалить из него исследуемую жидкость с помощью пипетки, сливая ее в емкость для хранения, промыть сосуд 1 и трубку 2 с капилляром.

Атмосферный воздух, имеющий более высокое давление, может поступать через трубку с капилляром в газовое пространство установки. При этом у основания капилляра образуется пузырек воздуха. При достижении в пузырьке воздуха максимального давления он, преодолевая поверхностное натяжение жидкости, отрывается от капилляра и переходит в газовое пространство установки, уменьшая в нем разряжение. Показание микровакуумметра в этот момент резко уменьшается.
В момент максимального давления в пузырьке воздуха микровакуумметр имеет максимальное показание. Отсюда следует, что РМАК воздуха в пузырьке (в Па) равно максимальному разряжению в газовом пространстве установки и может быть вычислено по формуле

РМАК = d g h sina, (7)

где d – плотность манометрической жидкости, г/см3;

g – ускорение силы тяжести (g = 9,81), м/с2;

h – максимальное показание микровакуумметра, мм;

a – угол наклона измерительной трубки микровакуумметра по отношению к горизонтальному положению.

Из соотношения (7) видно, что величина РМАК пропорциональна длине столба манометрической жидкости микровакуумметра. Поэтому в качестве измеряемой величины можно использовать не РМАК, а максимальную длину подъема манометрической жидкости микровакуумметра в единицах шкалы измерительной трубки.

2.3 Проведение экспериментов и обработка опытных данных

В соответствии с п. 2.1 пикнометрическим методом определить плотность нескольких жидкостей по заданию преподавателя (инженера) при заданной температуре. Результаты взвешиваний на аналитических весах и расчетов занести в таблицу 4 .

Таблица 4 – Определение объема пикнометра и плотности жидкостей при температуре t = … °C

Номер изме- рения	Масса пикнометра, г	Объем пикно- метра VП, см3	Хими-ческая форму- ла вещес- тва	Масса пикно-метра с жидкос-тью m2, г	Плот - ность вещес- тва dЭКСП, г/см3
пустого m0	c водой m1

Затем согласно п. 2.2 определить поверхностное натяжение заданных жидкостей при температуре измерения плотности. В качестве стандартной жидкости использовать дистиллированную воду. В экспериментах снять пять максимальных показаний микровакуумметра h0 для cтандартной жидкости и пять максимальных показаний микровакуумметра h жидкостей, рекомендуемых для исследований. По полученным величинам найти средние значения h0CР и hСР. Поверхностное натяжение жидкостей рассчитать, используя формулу:

где s и s0 – поверхностные натяжения исследуемой и стандартной жидкостей, дин/см;

и – средние максимальные показания микровакуумметра для исследуемой и стандартной жидкостей.

При расчетах величину поверхностного натяжения воды взять из таблицы 5.

Таблица 5 – Зависимость поверхностного натяжения дистиллированной воды от температуры

Температура, °С	10	17	18	19	20
s0, дин/см	74,22	73,20	73,05	72,89	72,75
Температура, °С	21	22	23	25	30
s0, дин/см	72,60	72,44	72,28	71,96	71,15

Данные опытов и расчетов по определению поверхностного натяжения, исследуемых жидкостей свести в таблицу 6.

Таблица 6 – Экспериментальные данные по определению

поверхностного натяжения жидкостей

Номер отсчета для стандартной жидко-сти	Вели-чина h0	Значе-ние	Хими-ческая формула вещес-тва	Номер отсчета для ис-следу-емой жидко-сти	Вели-чина h	Значе-ние	s иссле-дуемой жидко-сти, дин/см
1				1
2			2

По опытным значениям плотности и поверхностного натяжения жидкостей вычислить экспериментальные величины парахора ПЭКСП исследуемых жидкостей (п. 1.4). Значения парахора ПЭКСП сравнить с расчетным ПРАСЧ по правилу аддитивности, используя формулу (5) и данные таблицы 1. Вычислить относительные расхождения между ПЭКСП и ПРАСЧ.

Найти критическую температуру ТкрРАСЧ исследуемых жидкостей по уравнению (6). Сравнить её со справочной величиной (таблица 7). Результаты расчетов, связанные с парахором и критической температурой, занести в таблицу 8.

Таблица 7 – Физические характеристики некоторых органических

веществ

Название вещества, формула	Теплоем-кость СР, Дж/моль·град	Критичес-кая темпе- ратура Ткр, К (С)	Теплота сгорания DН°С,298, кДж/моль	Темпера-тура ки-пения, °С
Спирт пропиловый С3Н7ОН (Ж)	148,6		-2064,93	97,2
Спирт бутиловый С4Н9ОН (Ж)	182,8		-2721,00	117,5
Спирт амиловый С5Н11ОН (Ж)	209,2		-3377,70	138,0
Ацетон (диметил- кетон) С­2Н6СО (Ж)	125		-1789,79	56,5
Глицерин С3Н8О3 (Ж)	223,0		-1664,40	290,0

Таблица 8 – Значения парахора и критической температуры

исследуемых веществ

Хими- ческая форму-ла вещества	Парахор	Критическая температура, К (°С)
ПЭКСП	ПРАСЧ	Относи-тельное расхож-дение, %	ТкрРАСЧ	ТкрТАБЛ	Относи-тельное расхож-дение, %

Получить формулы для расчета теплоемкости и теплоты сгорания органических соединений ряда алифатических спиртов вида