ội BM Hóa lý Đại học Bách Khoa Hà Nội 1 ĐỘ NHỚT I Mục đích Xác định độ nhớt và độ nhớt đặc trưng của dung dịch cao phân tử polyethylene glycol trong nước II Cơ sở lý thuyết Trước khi tiến hành đo độ n[.]
Đại học Bách Khoa Hà Nội BM Hóa lý ĐỘ NHỚT I Mục đích: Xác định độ nhớt độ nhớt đặc trưng dung dịch cao phân tử polyethylene glycol nước II Cơ sở lý thuyết Trước tiến hành đo độ nhớt dung dịch cao phân tử ta nên xem lại khái niệm độ nhớt dung dịch nói chung Xét trường hợp sau (hình 1): Tác dụng lực vào lớp dung dịch mỏng nằm song song với mặt thoáng làm chuyển động với vận tốc khơng lớn u1, đồng thời lớp chuyển động theo với tốc độ giảm dần (u1 > u2), tỷ lệ thuận với khoảng cách (Hình 1) Trị số lực lực ma sát nội có hướng ngược lại tỷ lệ thuận với tiết diện S tỷ lệ thuận với gradien tốc độ lớp du/dx, công thức (1): F = h.S du dx (1) Trong đó, hệ số tỷ lệ gọi hệ số nhớt độ nhớt (độ nhớt động lực học) Thứ nguyên Poise (P) (1 P = 0,1 N.s/m2) u1 x u2 Hình Sự phân bố tốc độ chất lỏng hai mặt phẳng Về thực nghiệm, độ nhớt xác định nhiều phương pháp phương pháp hạt rơi, phương pháp nghiên cứu độ chảy dung dịch qua mao quản,… Trong phép đo độ nhớt người ta thường quy ước dùng số loại độ nhớt sau: + Độ nhớt tương đối tđ: htd = h h0 (2) Trong độ nhớt dung dịch, o độ nhớt dung môi + Độ nhớt riêng r : r = − o o (3) + Độ nhớt rút gọn r/C: độ nhớt riêng quy đơn vị nồng độ Việc đo độ nhớt dung dịch cao phân tử đóng mơt vai trị vơ quan trọng, giúp ta xác định khối lượng phân tử, cấu trúc, nhiều đặc tính khác chất cao phân tử Dung dịch chất cao phân tử thường có độ nhớt lớn nhiều so với độ nhớt dung dịch thường hệ keo có nồng độ Vì vậy, dung dịch cao phân tử dùng để đo độ nhớt phải có nồng độ loãng Staudinger đồng nghiệp phát độ nhớt rút gọn r/C dung dịch cao phân tử tăng dần theo nồng độ Trong khoảng nồng độ nhỏ độ nhớt rút gọn tăng tỉ lệ thuận với nồng độ chất cao phân tử (Hình 2) η/C [η] C Hình Sự phụ thuộc độ nhớt rút gọn vào nồng độ dung dịch: Dung dịch thường; Dung dịch cao phân tử Độ nhớt rút gọn giới hạn hay độ nhớt đặc trưng định nghĩa là: (hr / C) [h ] = lim C®0 (4) Như vậy, quan hệ r/C nồng độ sau: r/C = + aC (5) III Thực hành III.1 Hóa chất dụng cụ a Hóa chất: − Nước cất − Polyethylene glycol (5; 8; 10; 15; 20; 25% khối lượng) b Dụng cụ: − − − − − − − 01 nhớt kế Ostwald Φ 0,8mm 01 đồng hồ bấm giây 01 cốc thủy tinh l 01 nhiệt kế thủy ngân 02 pipet 10 mL 01 bóp cao su 01 giá kẹp cua III.2 Hướng dẫn thực hành thí nghiệm III.2.1 Phần thực nghiệm: a b Hình 3: Nhớt kế Ostwald Hướng dẫn sử dụng nhớt kế Ostwald Trong ta dùng nhớt kế Ostwald (Hình 3) để đo độ nhớt động lực học (Dynamic viscosity) Nhớt kế Ostwald mơ tả hình dụng cụ thuỷ tinh hình chữ U gồm nhánh Nhánh mao quản có đường kính xác định, có khắc vạch định mức a b Khi đo, ta xác định thời gian mà chất lỏng chảy từ mức a đến mức b Trước tiến hành đo, cần rửa nhớt kế, tráng nước cất Nhớt kế đặt bình ổn định nhiệt độ, mức nước cần vượt qua mức a nhánh Dùng pipét hút 10 mL chất lỏng cho vào nhánh Dùng ống cao su nối vào nhánh bơm từ từ (để tránh có bọt lẫn cột chất lỏng) chất lỏng lên mức a khoảng cm Khi đó, chất lỏng cịn đáy bầu to nhánh Để chất lỏng chảy tự nhiên dùng đồng hồ bấm giây xác định thời gian chất lỏng chảy từ mức a đến mức b Làm lại lần để lấy giá trị trung bình Xác định độ nhớt dung dịch polyethylene glycol nước: Đặt máy ổn nhiệt nhiệt độ cố định (tốt 20o 25oC), xác định độ nhớt nước nguyên chất, sau dung dịch polyethylene glycol nước với nồng độ sau: C = 5; 8; 10; 15; 20; 25% khối lượng polyethylene glycol nước H2O Chú ý: Mỗi lần đo phải đợi khoảng phút cho toàn dung dịch ổn định nhiệt độ cần đo (20o 25oC), sau tiến hành đo III.2.2 Tính tốn kết báo cáo kết thí nghiệm Khi cho chất lỏng chảy qua mao quản độ nhớt tỷ lệ thuận với thời gian chảy t khối lượng riêng theo tỷ lệ thức: = k..t (P) (6) Trong đó, k số nhớt kế Có thể xác định k cách đo thời gian chảy nước cất Khi tiến hành đo nhiệt độ thể tích chất lỏng, ta có: o = k.o.to (P) (7) o độ nhớt nước cất, giá trị độ nhớt nước cất xem bảng cuối thí nghiệm, o khối lượng riêng nước, to thời gian chảy nước cất từ a đến b Chia biểu thức (6) cho biểu thức (7) vế theo vế, ta có: Từ suy ra: t = o o t o (8) r.t r0 t0 (9) h = h0 Nếu dung dịch chất lỏng cần đo độ nhớt có nồng độ nhỏ, coi = o thì: h = h0 t t0 (10) Như nêu trên, độ nhớt riêng bằng: hr = h - h0 h = -1 h0 h0 (11) Thay công thức (10) vào công thức (11) ta độ nhớt riêng bằng: hr = t -1 t0 (12) Từ công thức (5), ta thấy r/C hàm bậc C, vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc r/C theo C ta tìm độ nhớt đặc trưng Bảng Độ nhớt nước nhiệt độ khác Nhiệt độ, (oC) o (mN.s/m2) 10 20 25 30 40 50 60 1,792 1,308 1,005 0,894 0,801 0,656 0,549 0,469 IV Câu hỏi Tại đo độ nhớt dung dịch phải giữ nhiệt độ ổn định? Khi đo độ nhớt dung dịch nhớt kế Ostwald cần phải giữ cho dung dịch chảy tương đối chậm Tại sao? Độ nhớt phụ thuộc vào nhiệt độ? Tại sao?