Экспериментальная часть.
Вязкость жидкости можно определять по скорости истечения жидкости через капилляр. В цилиндрических капиллярах для ламинарного протекания жидкости существует зависимость, установленная Пуазелем:
V
=
V – объем жидкости, вытекающий из капилляра, см3;
r – радиус капилляра, см;
P – сила, под действием которой движется жидкость, дина;
t – время протекания, с;
l – длина капилляра, см
Отсюда:
и
t
=
Определение абсолютной величины вязкости по формуле Пуазейля связано с рядом экспериментальных трудностей, поэтому на практике находят относительную вязкость.
Относительную вязкость можно определить по времени протекания одинаковых объемов испытуемой и стандартной жидкостей через один и тот же капилляр. В качестве стандартной жидкости для водных растворов обычно принимают воду.
Метод измерения относительной вязкости основан на том, что при соблюдении указанных выше условий V, r, l являются постоянными величинами, т. е.
k
=
где k – постоянная величина. Тогда:
Определив время истечения некоторого объема воды (в секундах) и такого же объема исследуемой жидкости и зная ее плотность (ρН2О=1 г/см3), определяют относительную вязкость по формуле:
Прибором для измерения относительной вязкости может служить капиллярный вискозиметр. Простейший из них – вискозиметр Оствальда (рис.) представляет собой две сообщающиеся стеклянные трубки 1 и 2. Трубка 1 имеет расширение 3, переходящее в капилляр 4, через трубку 2 исследуемая жидкость протекает под влиянием собственной тяжести в трубку 1. Выше и ниже расширения 3 на трубке 1 имеются метки 5 и 6. Объем расширенной части трубки обычно равен 3-4 мл.
Рис. Капиллярный вискозиметр.
Перед работой вискозиметр промывают хромовой смесью и дистиллированной водой, а затем просушивают в сушильном шкафу. Вискозиметр укрепляют вертикально и наливают пипеткой несколько миллилитров исследуемой жидкости в трубку 2. Затем жидкость засасывают вверх по узкой трубке точно до метки 5. Время необходимое для понижения уровня жидкости от метки 5 до метки 6, измеряют секундомером.
В
чистый сухой вискозиметр наливают через
трубку 2
воду в объеме 15-20 мл. Присоединяют к
колену 1
резиновую грушу для засасывания жидкости.
Жидкость должна быть выше метки 5
примерно на 1 см. Затем жидкости дают
свободно вытекать, отмечая секундомером
время, за которое уровень воды опускается
по капилляру от верхней метки 5
до нижней 6.
Делают несколько отсчетов и берут
среднее значение
.
Воду
сливают, выдавливая последние капли из
капилляра с помощью груши, вискозиметр
прополаскивают 2-3 раза исследуемой
жидкостью (раствором), затем наполняют
им трубку 2 в том же объеме, что и водой
(15-20 мл). Измеряют время истечения жидкости
.
Полученные средние значения и подставляют в формулу:
При небольшой разности между плотностями исследуемой и эталонной жидкостей формула упрощается:
Опыт 1. Измерение вязкостей золей гидроксида железа (III) и желатины. При постоянной температуре определяют повыше указанному методу относительную вязкость золей. Сравнивают полученные результаты.
Опыт 2. Влияние концентрации раствора на вязкость. Из горячего 1% золя желатина готовят следующие растворы:
Таблица 21
Приготовление растворов.
Состав |
№ раствора |
|||
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Золь желатина, мл |
20 |
15 |
5 |
2 |
Вода, мл |
0 |
5 |
15 |
18 |
Охлаждают приготовленные растворы до температуры опыта. Измеряют вязкость полученных растворов. Вычерчивают кривую изменения вязкости с изменением концентрации.
Опыт 3. Влияние температуры на вязкость. Измеряют время истечения 0,5%- ного золя желатина поместив вискозиметр в воду при 20, 40 и 60°С. Вычерчивают кривую изменения вязкости в зависимости от температуры.
Опыт 4. Влияние солей на вязкость. В три пробирки наливают по 5 мл 1% золя желатина, затем в первую пробирку приливают 5 мл 1 н раствора KI, во вторую 5 мл 1 н раствора K2SO4, а в третью 5 мл дистиллированной воды.
Тщательно взбалтывают содержимое пробирок и оставляют в покое приблизительно на час. После этого определяют вязкость.
Полученные результаты заносят в таблицу и делают выводы о влиянии анионов на вязкость золя.
Таблица 22
Результаты опыта.
Раствор |
Вязкость |
1%-ный ра-р желатина |
|
1%-ный ра-р желатина + KI |
|
1%-ный ра-р желатина + K2SO4 |
|