4. Kết quả thực nghiệm và thảo luận
4.4. Sức căng bề mặtcủa nớc khi có mặt một số chất hoạt động bề mặt
Tiến hành xác định sức căng bề mặt của nớc khi có mặt C2H5OH, n-C3H7OH, n-C4H9OH ở các nồng độ khác nhau ta có các kết quả sau:
Bảng 12 :Sức căng bề mặt của nớc khi có mặt C2H5OH ở các nồng độ khác nhau
Nồng độ C2H5OH (M) σ (dyn.cm-1)
0,1 69,15
0,2 67,28
0,5 65,41
1,0 61,82
Bảng 13 :Sức căng bề mặt của nớc khi có mặt n-C3H7OH ở các nồng độ khác nhau Nồng độ n-C3H7OH (M) σ (dyn.cm-1) 0,1 66,71 0,2 64,20 0,5 59,31 1,0 54,24
Bảng 14 :Sức căng bề mặt của nớc khi có mặt n- C4H9OH ở các nồng độ khác nhau
Nồng độ n-C4H9OH (M) σ (dyn.cm-1)
0,05 59,02
0,1 54,36
0,2 44,88
0,5 37,42
Qua các bảng kết quả trên, chúng ta thấy khi có mặt các rợu thì sức căng bề mặt của nớc giảm và s giảm sức căng bề mặt của nớc tỉ lệ thuận với nồng độ các rợu. Nguyên nhân này đơc giải thích nh sau: Khi các rợu tan vào trong nớc thì chúng có xu hớng bị hấp phụ lên bề mặt và nh vậy nồng độ rợu trên lớp bề mặt sẽ lớn hơn trong lớp thể tích. Do các phân tử rợu có độ phân cực bé hơn các phân tử nớc cho nên lực tơng tác giữa các phân tử ở lớp thể tích và các phân tử ở lớp bề mặt sẽ yếu đi và điều này sẽ làm giảm sức căng bề mặt. Khi nồng độ của các rợu tăng lên thì sự hấp phụ của chúng lên lớp bề mặt cũng tăng điều này làm cho sự tơng tác giữa các phân tử trong lớp thể tích và các phân tử trên lớp bề mặt giảm xuống, kéo theo giảm sức căng bề mặt. Do vậy sự giảm sức căng bề mặt của nớc tỉ lệ thuận với nồng độ các rợu có mặt trong dung dịch. Điều này hoàn toàn phù hợp với phơng trình hấp phụ Gibbs.
Sự phụ thuộc sức căng bề mặt vào nồng độ các rợu đợc biểu diễn ở giản đồ 1.
Giản đồ 1: Sự phụ thuộc sức căng bề mặt vào nồng độ các rợu
Trong đó: 1/.Rợu etylic. 2/.Rợu propionic. 3/.Rợu butylic.
4.5/. ảnh hởng của bản chất chất tan đến sức căng bề mặt của nớc
Tiến hành đo sức căng bề mặt của nớc khi có mặt rợu etylic, propionic và butylic ở cùng nồng độ 0,5 M. Kết quả đợc dẫn ra ở bảng 15.
Đo sức căng bề mặt của nớc khi có mặt các axit axetic, axit propionic, axit butyric ở cùng nồng độ 0,5 M. Kết quả đợc dẫn ra ở bảng 16.
Bảng 15: Sức căng bề mặt của nớc khi có mặt các rợu ở cùng nồng độ 0,5 M
Chất Nồng độ (M) σ (dyn.cm-1) C2H5OH 0,5 65,41 C3H7OH 0,5 59,31 1 2 3 C 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 70 60 50 40 30 20 10 0
C4H9OH 0,5 37,42
Bảng 16:Sức căng bề mặt của nớc khi có mặt các axit ở cùng nồng độ 0,5 M.
Chất Nồng độ (M) σ (dyn.cm-1)
CH3COOH 0,5 69,23
C2H5COOH 0,5 64,52
C3H7COOH 0,5 46,28
Qua giản đồ 1 và bảng 8 ta thấy rằng ở cùng nồng độ, sức căng bề mặt của n- ớc giảm dần khi đi từ rợu etylic đến rợu butylic. Nh ta đã biết, khi đi từ rợu etilic đến rợu butylic mạch cacbon của gốc hidrocacbon càng dài càng lớn nên độ phân cực của các phân tử rợu càng giảm.
Nh vậy sự tơng tác các phân tử rợu với các phân tử nớc sẽ giảm khi đi từ rợu etylicdến rợu butylic (vì các phân tử nớc lỡng cực mạnh), kết quả khi các rợu hoà tan trong nớc, tính hoạt động bề mặt của chúng tăng từ rợu có kích thớc phân tử nhỏ đến rợu có kích thớc phân tử lớn, nghĩa là khả năng đợc phân bố lên bề mặt tăng từ rợu có kích thớc phân tử nhỏ đến rợu có kích thớc phân tử lớn. Do sự hấp phụ tăng, nên mật độ phân tử rợu trên bề mặt lớn hơn trong dung dịch càng tăng. Mật độ các phân tử rợu trên bề mặt lớn hơn trong dung dịch là nguyên nhân làm sức giảm căng bề mặt vì tơng tác giữa các phân tử trên bề mặt yếu hơn các phân tử trong lòng dung dịch.
Khi nghiên cứu chất hoạt động bề mặt là các axit no, đơn chức thì thu đợc kết quả ở bảng 16. kết quả này cũng hoàn toàn phù hợp với quy luật biến thiên trên.
Khi đo sức căng bề mặt của nớc khi có mặt n- C4H9OH 0,05M thì ta đợc σ = 59,02
Khi đo sức căng bề mặt có mặt C2H5OH và n-C3H7OH và thay đổi nồng độ đến khi đợc sức căng bề mặt xấp xỉ 59,02.
Hoàn toàn tơng tự khi ta lấy sức căng bề mặt của dung dịch C4H9OH
sau đó điều chỉnh nồng độ của dung dịch C2H5 OH và n - C3H7OH đến khi có sức căng bề mặt xấp xỉ nhau ta đợc kết quả ở bảng 17
Bảng 17: Chất Nồng độ(M) σ (dyn.cm-1) n-C4H9OH 0.05 59.02 n-C3H7OH 0.45 59.07 C2H5OH 4.00 59.18 n-C4H9OH 0.10 54.36 n-C3H7OH 0.90 54.58 C2H5OH 8.00 54.43
Từ kết quả ở bảng 17 ta dự đoán khi thành phần phân tử các rợu tăng lên một nhóm - CH2 thì tính hoạt động bề mặt của rợu tăng lên khoảng 9 lần. Tức là khi rợu tăng lên một nhóm - CH2 nếu ta giảm nồng độ rợu 9 lần ta sẽ đợc sức căng bề mặt xấp xỉ nhau.
Chúng tôi tiến hành xác định sức căng bề mặt của dung dịch rợu hoặc axit có cùng nồng độ, có cùng số nguyên tử cacbon nhng khác nhau về cấu tạo gốc hydrocacbon, thì thu đợc kết quả ở bảng 18.
Bảng 18: Sức căng bề mặtcủa các rợu và axit no, đơn chức có cùng nồng độ
Chất Nồng độ(M) σ (dyn.cm-1) n-C3H7OH 0.5 59.31 i-C3H7OH 0.5 58.24 n-C4H9OH 0.5 37.42 i-C4H9OH 0.5 36.07 n-C3H7COOH 0.5 46.28 i-C3H7COOH 0.5 45.32
Qua kết quả của bảng 18 chúng ta thấy các rợu hay axit mạch phân nhánh có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt mạnh hơn cảc rợu hay axit mạch thẳng.
Khi các rợu có cùng số nguyên tử cacbon thì rợu nào mạch phân nhánh thì sẽ có độ phân cực phân tử bé hơn và khi tan trong nớc chúng có xu hớng đợc phân bố lên bề mặt mạnh hơn làm cho sự tơng tác giữa các phân tử trên lớp bề mặt yếu đi. điều này giải thích tại sao các phân tử phân nhánh lại có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt mạnh hơn các phân tử mạch thẳng.
Khi nghiên cứu đối với chất hoạt động bề mặt là axit no, đơn chức thì chúng tôi cũng thu đợc kết quả tơng tự.
Nh vậy trong các thí nghiệm trên, dựa vào kết quả thu đợc chúng ta có thể đa ra kết luận. đối với những chất tơng tự nhau thì chất nào có độ phân cực bé hơn sẽ có tác dụng làm giảm sức căng bề mặt của nớc mạnh hơn.
Điều này đợc khẳng định khi chúng tôi làm thí nghiệm so sánh sức căng bề mặt của rợu và axit tơng ứng có cùng nồng độ. Kết quả đợc dẫn ra ở bảng 19
Bảng 19: Sức căng bề mặt của các rợu và axit tơng ứng có cùng nồng độ
Chất Nồng độ(M) σ (dyn.cm-1) CH3COOH 0.5 69.23 C2H5OH 0.5 65.41 C2H5COOH 0.5 64.52 n-CH3H7OH 0.5 59.31 n-C3H7COOH 0.5 46.28 n-C4H9OH 0.5 37.42
Qua số liệu ở bảng 19 chúng ta thấy rằng: Dung dịch rợu và axit tơng ứng có cùng nồng độ thì dung dịch axit luôn có sức căng bề mặt lớn hơn, do phân tử axit có cùng số nguyên tử cacbon với phân tử rợu thì phân tử axit luôn có độ phân cực lớn hơn. do vậy khi tan trong nớc chúng đợc phân bố lên bề mặt ít hơn làm cho
sự tơng tác giữa các phân tử nớc trên bề mặt lớn hơn khi chất tan là rợu. Do đó r- ợu có tính hoạt động bề mặt lớn hơn axit tơng ứng.
Phần III:. Kết Luận
Hoàn thành luận văn tốt nghiệp này chúng tôi đã làm đợc một số công việc sau:
1. Tập hợp một số phơng pháp đo sức căng bề mặt chất lỏng , cơ sở lí thuyết ,nguyên tắc đo,sơ đồ dụng cụ .
2. Tập hợp các vấn đề lí thuyết liên quan đến sức căng bề mặt , các yếu tố ảnh hởng đến sức căng bề mặt ,một số kết qủa của nghiên cứu sức căng bề mặt ..
3. Sử dụng phơng pháp ống mao quản để đo sức căng bề mặt của một số chất lỏng :Rợu ,axeton,clorofom.
4. Rút ra đợc ảnh hởng của nhiệt độ , nồng độ đến sức căng bề mặt
5. Đã xét ảnh hởng của cấu tạo và kích thớc phân tử đén tính hoạt động bề mặt của một số chất.
Tài liệu tham khảo:
1. Thực nghiệm về hoá học các hiện tợng bề mặt và hấp phụ ( bản tiếng Nga)- B.V.Aivazop.- Trờng cao đẳng Moskva 1973.
2. Giáo trình hoá keo( bản tiếng Nga)- C.C. Voiki-NXB Hoá học Moskva 1964. Giáo trình hoá keo(bản tiếng Nga) – A.V. Pyxarenko- Trờng cao đẳng Moskva 1961.
4. An introduction to the principle of surface chemistry (bản tiếng Anh) – Aveyard.R; Hayđon D.A- Cambrige University press 1973.
5. Hoá lý – T3 – Trần Văn Nhân, Nguyễn Thạc Sửu, Nguyễn Văn Tuế - NXB Giáo Dục 1997.
6. Giáo trình Hoá lý – T2 – Nguyễn Đình Huề - NXB Giáo Dục 1982. 7. Vật lý đại cơng – T1 - NXB Giáo Dục 1998.
8.Cơ học lý thuyết. 9. Cơ học ứng dụng.