Kaja Fac
Paulina Krzemińska
Wtorek, 13.30
Ćwiczenie nr 18
Pomiar lepkości kinematycznej
Celem naszego ćwiczenia jest wyznaczenie lepkości kinematycznej mieszaniny etanol – woda w funkcji składu mieszaniny oraz temperaturowej charakterystyki lepkości kinematycznej etanolu.
Pomiary będziemy wykonywać trójramiennym termostatowanym wiskozymetrem typu Ubbelohde. Wiskozymetr składa się z trzech ramion: szerokiej rurki do napełniania, ramienia pomiarowego i rurki wentylacyjnej. Rurką do napełniania będziemy wlewać określoną mieszaninę cieczy, po czym pod ciśnieniem ciecz będzie wprowadzana do ramienia pomiarowego, składającego się z banieczki pomiarowej, banieczki rozbiegu i kapilary pomiarowej. Czynność ta będzie się odbywała w określonej temperaturze, temperaturę tą zapewni nam sterowany elektronicznie termostat. Gdy ustawimy już odpowiednią temperaturę i napełnimy wiskozymetr cieczą, będziemy mogli zmierzyć stoperem czas przejścia górnego menisku cieczy między znacznikami umieszczonym na ramieniu pomiarowym wiskozymetru.
Wyznaczenie stałej K wiskozymetru
Stałą K będziemy wyznaczać z pomiarów czasu wypływu wody w temperaturze 25°C. Do tego celu wykorzystamy wzór:
, gdzie:
- lepkość kinematyczna wody w 25°C, 0,8963 [mm2/s] ( źródło: Poradnik fizykochemiczny, wyd. naukowo techniczne )
K wynosi 0,0106 [mm2/s2]
Obliczenie lepkości kinematycznej dla każdej mieszaniny
Lepkość kinematyczną będziemy obliczać korzystając ze wzoru:
- lepkość kinematyczna,
t – czas wypływu,
- poprawka Hagenbacha
Stosunek wody do etanolu
Objętość etanolu w mieszaninie [%]
Zmierzone czasy wypływu [s]
Średni czas wypływu [s]
Poprawka Hagenbacha [s]
Lepkość kinematyczna [mm2/s]
25-0
0%
86
1,22
0,8963
21 - 4
16%
131
0,59
1,3787
16,5-8,5
34%
207
207,5
0,25
2,1911
208
11,5-13,5
54%
241
243
0,16
2,5673
245
8.-17
68%
248
242
2,5567
236
4-21
84%
0-25
100%
165
164
0,39
1,7297
163
Wykres:
Zależność temperaturowa lepkości kinematycznej dla etanolu
Zależność temperaturową dla mieszaniny o nieznanym składzie obliczałyśmy w ten sam sposób, co powyżej, korzystając ze wzoru . Wyniki przedstawiamy w tabeli:
Temperatura [st. C]
25
30
130
1,3681
35
108
0,82
1,1331
40
100
0,99
1,0467
45
90
0,9386
Komentarz i wnioski
Z przeprowadzonego doświadczenia wynika, iż największą lepkość posiadają mieszaniny cieczy, w których danych substancji znajduje się w miarę podobna ilość. W naszym przypadku była to mieszanina wody (V=11,5 ml) i etanolu (V=13,5 ml). W związku z tym najmniejszą lepkość osiągnęły ciecze, będące w roztworze same; z tym, że woda ma mniejszą lepkość aniżeli etanol. Na lepkość cieczy wpływa wielkość cząsteczek w roztworze, a także zdolność tworzenia przez nie wiązań wodorowych. W wodzie tworzą się liczne wiązania wodorowe pomiędzy pojedynczymi cząsteczkami, co podwyższa jej lepkość w stosunku do substancji o podobnej wielkości cząsteczek, ale nie tworzących wiązań wodorowych. Natomiast w etanolu tworzonych jest mniej wiązań wodorowych, ale cząsteczki są większe, co zwiększa jego lepkość względem wody. W mieszaninie woda - etanol małe cząsteczki wody wciskają się pomiędzy większe cząsteczki etanolu i tworzą z nimi i ze sobą wiązania wodorowe. Ilość wiązań jest więc większa niż w samym etanolu. Dzięki temu mieszanina staje się bardziej lepka niż czyste substancje.
W naszym doświadczeniu przeprowadziliśmy także pomiar zależności temperaturowej lepkości kinematycznej dla etanolu. Wywnioskować z tego możemy, iż czym wyższa temperatura, tym lepkość układu maleje. Zależność tą opisuje wzór , z którego widać, iż jest to zależność wykładnicza. Dzieje się tak, ponieważ energia kinetyczna cząsteczek jest wprost proporcjonalna do tem...
pu_lina