TƯỜNG TRÌNH THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH HÓA LÍ 2 Họ tên sinh viên Nguyễn Thu Ánh MSSV 4501106003 Ngày 4122021 Mã lớp CHEM142007 Bài 3 XÁC ĐỊNH SỨC CĂNG BỀ MẶT CỦA CHẤT LỎNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐO ÁP SUẤT BỌT.Xác định đường kính ống mao dẫn bằng nước cất. Xác định sức căng bề mặt của các chất lỏng nguyên chất như athanol, ethylene glycol tại nhiệt độ phòng.
Trang 1TƯỜNG TRÌNH THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH HÓA LÍ 2
Họ tên sinh viên: Nguyễn Thu Ánh MSSV: 4501106003
Bài 3: XÁC ĐỊNH SỨC CĂNG BỀ MẶT CỦA CHẤT LỎNG BẰNG
PHƯƠNG PHÁP ĐO ÁP SUẤT BỌT
I MỤC ĐÍCH THÍ NGHIỆM:
Xác định đường kính ống mao dẫn bằng nước cất
Xác định sức căng bề mặt của các chất lỏng nguyên chất như athanol, ethylene glycol tại nhiệt độ phòng
II CÁCH TIẾN HÀNH:
Trước khi thực hiện đo, mực nước trong áp kế hình chữ U điều chỉnh về vạch 0 Bình trên giá đỡ thí nghiệm chứa khoảng 1/3 thể tích nước, bình dưới chứa khoảng 2/3 thể tích nước Các chỗ nối phải kín, ống nối 2 bình không được có khí
Dán 1 pipet pasteur vào ống mao dẫn bằng băng dính sao cho cách đầu dưới của ống mao dẫn khoảng 20mm, dùng thước kẹp đo chính xác khoảng cách này rồi ghi lại (khoảng cách này chính là chiều cao hz)
Đổ nước cất vào cốc 150ml cho đến ½ thể tích Đặt cốc nước trên giá đỡ thí nghiệm rồi dùng núm vặn nâng nâng giá đỡ lên cao cho tới khi đầu pipet của ống mao dẫn vừa chạm tới mặt nước
Đóng khóa 1 chiều, nâng thật từ từ bình thủy tinh có vòi lên bằng cách điều chỉnh giá thí nghiệm, đồng thời quan sát mức nước trong ống mao dẫn Khi bọt khí trong ống mao dẫn bắt đầu thoát ra ngoài thì dừng lại và ghi độ chênh lệch giữa 2 cột nước trên áp kế hình chữ U
Tính bán kính ống mao dẫn
Trang 22 Xác định sức căng bề mặt của ethanol, ethylene glycol
Tiến hành tương tự như đối với nước Từ bán kính r xác định được ở trên ta sẽ xác định được sức căng bề mặt σ
III KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM:
Pmax (cm)
Đo lần 1 Đo lần 2 Đo lần 3
Với t ̊ = 25 ̊C:
𝜌 nước = 0,9970.103 kg.m-3
𝜌 ethylene glycol = 1,1088.103 kg.m-3
𝜌 ethanol = 0,783.103 kg.m-3
g = 9,807 m.s-2
* Xác định bán kính ống mao dẫn:
r = 2σ
Pmax − hρg Đối với nước cất, ta có 𝜎nước cất = 71,99.10−3 N.m-1 và 1 mm = 9,798 N.m-2; 1 N.m-2 = 1 kg.m-1.s-2
−3(N m−1) 40,20.9,7980(N m−1) − 20 10−3(m) 0,9970 103(kg m−3) 9,8070(m s−2) = 7,2597 10−4m
Pmax
=> mm
Trang 3* Xác định sức căng bề mặt chất lỏng của ethanol, ethylene glycol:
Ta có: σ = r
2(Pmax − hρg)
= 0,0161 N m−1
= 0,0438 N m−1
*So sánh giá trị tính được với số liệu tra được từ sổ tay hóa lí:
Sức căng bề mặt Chất
Thực nghiệm (N/m)
Sổ tay hóa lí (N/m)
Giá trị sai số của ethanol: |0,0161−0,0216|
0,0216 100% = 25,46%
Giá trị sai số của ethylene glicol: |0,0438−0,0473|
0,0473 100% = 7,40%
Có sự chênh lệch giữa hai giá trị thực nghiệm và lí thuyết Nguyên nhân có thể do hóa chất bị lẫn tạp chất (nước, không khí,…), quá trình quan sát thước đo
chưa chính xác dẫn đến sự sai số
σethanol = 7,2597 10
−4 (m)
σeth ylene glycol = 7,2597 10
−4 (m)
Trang 4IV TRẢ LỜI CÂU HỎI
1 Sức căng bề mặt là gì? Các yếu tố ảnh hưởng đến sức căng bề mặt?
- Sức căng bề mặt (còn gọi là năng lượng bề mặt hay ứng suất bề mặt, thường viết tắt là σ hay γ hay T ) là lực căng trên một đơn vị chiều dài cắt ngang bề mặt giữa chất lỏng và các chất khí, chất lỏng hay chất rắn khác; có bản chất là chênh lệch lực hút phân tử khiến các phân tử ở bề mặt của chất lỏng thể hiện đặc tính của một màng chất dẻo đang chịu lực kéo căng
- Sức căng bề mặt σ là công cần thiết để làm tăng bề mặt lên 1 đơn vị diện tích:
σ = (𝜕G
𝜕A)P,T Trong đó:
A là diện tích bề mặt chất lỏng
G là năng lượng Gibbs
Trong hệ SI: σ có đơn vị là Nm−1 hoặc Jm−2
- Các yếu tố ảnh hưởng đến sức căng bề mặt là:
+ Bản chất của chất tiếp xúc:
Chất lỏng càng phân cực, tương tác phân tử càng lớn, nội áp càng lớn, do
đó sức căng bề mặt càng lớn
Sự có mặt trên lớp chất lỏng thứ nhất lớp chất lỏng thứ hai không trộn lẫn với nó luôn luôn làm sức căng bề mặt giảm Sự giảm sức căng bề mặt càng nhiều nếu sự khác biệt về độ phân cực của hai chất lỏng càng bé Các chất lỏng
có độ phân cực càng gần nhau sẽ tan lẩn với nhau càng nhiều và do đó sức căng
bề mặt giữa chúng sẽ bằng không
Nếu hai chất lỏng chỉ hòa tan một phần vào nhau thì sức căng bề mặt trên giới hạn lỏng lỏng gần bằng hiệu số giữa sức căng bề mặt của mỗi chất ( đã bão hòa chất kia) so với không khí
Trang 5Dưới tác dụng của sức căng bề mặt, thể tích khối chất lỏng sẽ hướng tới dạng hình cầu (nếu không có ngoại lực) vì bề mặt hình cầu là bề mặt bé nhất giới hạn một thể tích chất lỏng đã cho
Chẳng hạn sức căng bề của nước trên hơi nước sẽ khác với sức căng bề mặt của nước trên benzene
+ Nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng sức căng bề mặt giảm xuống Sức căng bề mặt của đa số chất lỏng giảm gần như tuyến tính khi nhiệt độ tăng (trừ các kim loại nóng chảy)
+ Lượng chất hòa tan
+ Sự tương tác giữa các phân tử của chất
2 Nêu nguyên tắc của phương pháp áp suất bọt?
- Ở phương pháp này, không khí thoát ra từ ống mao dẫn được nhúng chìm trong chất lỏng cần nghiên cứu
- Các ống nối phải kín, hai ống nối phải không có khí, nước trong áp kế chữ U điều chỉnh ở vạch 0
- Đặt cốc dung dịch cân đo trên giá đỡ thí nghiệm rồi dùng núm vặn nâng nâng giá đỡ lên cao cho tới khi đầu pipet của ống mao dẫn vừa chạm tới mặt dung dịch cần đo
- Nâng thật từ từ bình thủy tinh có vòi lên bằng cách điều chỉnh giá thí nghiệm, đồng thời quan sát mức nước trong ống mao dẫn Khi bọt khí trong ống mao dẫn bắt đầu thoát ra ngoài thì dừng lại và ghi độ chênh lệch giữa 2 cột nước trên áp
kế hình chữ U
- Sức căng bề mặt được tính dựa vào áp suất cần phải tăng để đẩy bọt khí ra khỏi ống mao dẫn, dựa vào bán kính ống mao dẫn, độ sâu nhúng chìm của ống mao dẫn
Trang 63 Hiện tượng mao dẫn là gì? Nêu ví dụ về hiện tượng mao dẫn trong thực tế?
- Hiện tượng mao dẫn là hiện tượng chất lỏng tự dâng lên cao, trong vùng không gian hẹp, thậm chí ngược hướng với ngoại lực
- Ví dụ về hiện tượng mao dẫn trong thực tế:
• Nước và chất dinh dưỡng vận chuyển được đến các bộ phận của cây qua
hệ thống mao dẫn trong bộ rễ, thân cây, ngọn cây
• Ứng dụng nhuộm màu hoa
• Phương pháp trồng thủy canh: Đặt một đầu sợi bấc hút sao cho chạm vào phần rễ cây Đầu kia của bấc chìm trong dung dịch dinh dưỡng Sợi bấc này
sẽ làm nhiệm vụ hút nước và dung dịch dinh dưỡng lên cung cấp cho rễ cây (tương tự như sợi bấc trong đèn dầu, hút dầu lên để duy trì sự cháy) nhờ vào hoạt động mao dẫn
• Dầu hỏa có thể ngấm đến ngọn bấc, ứng dụng làm đèn dầu
• Khi cần lấy máu xét nghiệm máu dâng lên bên trong ống thủy tinh
• Giấy thấm, gạch thấm, sợi vải
• Ứng dụng làm bút máy: trên thân bút có một loạt khe nhỏ và trên ngòi bút
có những rảnh nhỏ để dẫn mực từ trong ruột chứa mực lên đầu ngòi bút Khi viết, mực di chuyển “xuống dốc” vào đầu bút là do trọng lực nhưng hoạt động mao dẫn giúp giữ cho lượng mực dư thừa không chảy ra
• Nước mắt, hiện tượng ù tai, hiện tượng máu “sôi”
• Trong nông nghiệp: người dân trồng cây thường phải cày bừa, vun xới để khơi thông các ống mao dẫn giữa không khí và mặt đất, tạo điều kiện cho cây hút nước hoặc giữ nước được thuận lợi
• Trong y học: Trong cơ thể, các mạch máu nhỏ đều là các mao mạch, hỗ trợ hoạt động bơm của tim, giúp máu lưu thông trong mạch dễ dàng
• Trong thủy văn: xây dựng hệ thống lấy nước từ khu vực ẩm ướt đến khu vực khô hạn
Trang 7• Trong nhà cửa: Nước thấm từ đất lên chân tường nhà theo các mao quản ở trong tường