Sức căng bề mặt và hấp phụ trong hệ thống khí

Sức căng bề mặt và hấp phụ trong hệ thống khí lỏng ở áp suất vừa phải
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Anh Sơn


Nội dung

01

Tổng quan

02

Thực Nghiệm

03

Kết quả và thảo luận


1. Tổng quan

- Kundt và Hough đã nghiên cứu về ảnh hưởng của các khí gây áp lực lên sức căng bề mặt của chất lỏng cho thấy sự phụ
thuộc mạnh vào khả năng ngưng tụ của khí

Ví dụ:
0
0
Sức căng bề mặt của nước và n-hexane được giảm xuống với lượng lớn hơn bằng hydro (b.p - 253 ), nitơ (b.p - 196 ),
O
0
0

metan (b.p - 161 ), etane (b.p - 89 ), và carbon dioxide (b.p - 78 )


- Với các hệ khí – lỏng ở trên thì sức căng bề mặt suất hiện ở áp suất thấp, tại một áp suất cụ thể thì nó giảm xuống gần giống như hệ lỏng – lỏng.

sự phụ thuộc cơ năng của sức căng bề mặt khi áp suất
trong các hệ thống lỏng khí tiêu biểu

Nội dung đề tài
ảnh hưởng của tính chất lỏng lên sự giảm sức căng bề mặt
quan sát được với một loại khí nhất định


- Sự giảm sức căng bề mặt lỏng bằng khí áp suất có thể được quy cho chất lượng hấp thụ khí ở bề mặt chất lỏng. Rice đã thảo luận về mối quan hệ nhiệt động lực
học giữa sự giảm căng bề mặt và nồng độ bề mặt của chất hấp phụ khí, dựa trên đạo hàm cơ bản của phương trình Gibbs.

Chúng tôi đã lựa chọn theo phương pháp điều trị của Guggenheim, điều chỉnh mối quan hệ giữa các hệ thống lỏng và
lỏng với các hệ thống khí - lỏng


2. Thực nghiệm

- Được thực hiện bằng phương pháp mao dẫn
- Phương pháp thực hiện:
+ Bơm áp lực được bao quanh bởi một bể không khí duy trì nhiệt độ t = 30 ± 0.1

o

+ Chiều cao đã được đo bằng một cathetometer chính xác đến ± 0.001 cm
+ Các bài đọc được lấy áp suất tăng dần theo khoảng thời gian khoảng 100 p.s.i

- Cột của chất lỏng trong mao mạch tế bào bị dao động 1-2 cm. theo cả hai hướng trước khi đo, để đảm bảo đạt được cân bằng tại mỗi điểm.
- Thí nghiệm được thực hiện lặp lại cho từng hệ thống nghiên cứu; chiều cao đọc ở áp suất tương ứng cho thấy một độ lệch trung bình ở giữa chạy = ±
0.003cm


Sức căng bề mặt được tính toán từ mối quan hệ:

trong đó:

y là độ căng bề mặt,
r bán kính mao mạch,
g gia tốc trọng trường,
h sự gia tăng mao mạch,
p1 mật độ của pha lỏng,
ps mật độ của pha khí.

Bán kính (giá trị trung bình = 0.02410 cm) được xác định là ± 0.1% ở 0.2cm

- Các khoảng chạy dọc theo mao mạch từ các phép đo tăng lên mao dẫn áp suất khí quyển áp suất bằng nước và benzen như chất định
chuẩn chất lỏng


- Đối với hệ thống nước Nitơ và Argon, mật độ pha lỏng được coi là của nước tinh khiết với cùng áp suất. Mật độ khí được tính toán từ phương trình BeattieBridgman

- Nitơ và Argon được sử dụng làm khí gây áp suất là 99,9 mol tinh khiết. Các dung môi hữu cơ có độ tinh khiết 99,6% mol hoặc tốt hơn. Nước cất trong phòng
thí nghiệm được sử dụng mà không cần tinh chế thêm. Tất cả các dung môi được khử khí trước khi sử dụng bằng cách hồi lưu.

0
- Sức căng bề mặt đo được là 30,0 và áp suất khí quyển (71,18, 17,45, 20,72, và 21,81 dynes / cm đối với nước, n-hexane, n-octane và methanol) tương ứng

với các giá trị lý thuyết trong vòng ít nhất 0,2 dyne / cm.


3. Kết quả
0
Dữ liệu về độ căng bề mặt thu được ở 30.0 trong sáu hệ thống được nghiên cứu có thể được thể hiện bởi phương trình bậc hai

trong đó: ϒ là trong dynes / cm, p trong atm, ϒ o = Sức căng bề mặt ở áp suất khí quyển p o.


- Độ lệch trung bình của sức căng bề mặt xác định thực nghiệm từ giá trị dự đoán bằng các phương trình trên là ± 0.04 dyne / cm. Độ chính xác của
các phép đo được biểu thị bằng khả năng lặp lại của dữ liệu thu được từ các lần chạy trên cùng một hệ thống:


- Độ dốc của đường ϒ và ϒo giảm với áp suất gia tăng; độ lệch từ một mối quan hệ tuyến tính đặc biệt đáng chú ý ở áp lực cao.
- Sự giảm căng bề mặt tại một áp suất khí cụ thể là phần lớn hơn đối với các dung môi hydrocarbon so với nước. Đường cong cho hệ thống
argon-methanol nằm giữa argon-nước và argon-n-hexane, tiếp cận gần với áp suất cao.
- Nitơ và Argon gần 100 lần hòa tan trong dung môi như n-hexane và n-octane như trong nước; độ tan của argon trong methanol là trung
gian giữa các dung môi không cực và trong nước


Kết luận:
Sự phụ thuộc định tính của sự giảm sức căng trên bề mặt đối với độ hòa tan không đáng ngạc nhiên khi quan sát mối quan hệ trực
tiếp giữa giảm độ căng bề mặt và hấp phụ; người ta có thể mong đợi mức độ hấp phụ của một khí ở bề mặt chất lỏng để song song với
một mức độ hòa tan của nó trong pha lỏng.


Tài liệu tham khảo
[1] W. L. Masterton, J. Bianchi, E.J. Slowinski, JR, SURFACE TENSION AND ADSORPTION IN GAS-LIQUID SYSTEMS
AT MODERATE PRESSURES, University of Connecticut, Stows, Connecticut, August 21, 1962