Amaç:
Yüzey gerilimi ve yüzey adsorpsiyon hakkında bilgi edinilmesi, damla aðırlıðı metodu ile yüzey geriliminin tayin edilmesi ve yüzey adsorbsiyon izoterminin çizilmesi.
Teorik Bilgi:
Bir sıvının yüzeyi katı, gaz veya kendisi ile karışmayan bir sıvı faz ile çevrilmiş olabilir. Sıvının iç kısımlarındaki moleküller tarafından simetrik ve küresel olarak sarıldıðı için molekül üzerindeki etkileşim kuvvetleri denge halindedir. Yüzeydeki molekül ise farklı cins moleküllerin etkisi altında bulunması ve her tarafından eşit sayıda moleküller tarafından sarılmaması nedeniyle molekül üzerindeki etkileşim kuvvetleri denkleşmemiştir. Aynı cins moleküller arasındaki etkileşim kuvveti (kohezyon) farklı cins moleküller arasındaki etkileşim kuvveti (adezyon)den genellikle farklıdır. Yüzey molekülleri üzerindeki denkleşmemiş olan kuvvet yüzeyin gergin tutulmasına neden olur. Bunun sonucu sistem dengeye gelirken serbest enerjiyi minimum yapmak üzere en küçük yüzey alanına sahip olacak şekilde düzenlenir. Yüzeyin birim gerilimi (dyn/cm) denir. Gergin olan yüzeyi cm2 büyütmek için gerekli enerjiye de yüzey enerjisi (erg/c2) denir. Birbiri ile karışmayan veya kısmen karışan sıvı-sıvı sistemlerinde oluşan iki sıvı faz arasındaki yüzey gerilimine ise yüzeyler arası gerilim denir.
Sıvıların yüzey gerilimi sıcaklık ile azalırken başka bir maddenin homojen olarak çözünmesinde iki farklı durum ile karşılaşılır. Çözünen maddenin çözelti yüzeyindeki konsantrasyonu iç kısımlarındaki konsantrasyonundan daha fazla ise yüzey gerilimi azalır. Yüzey gerilimini azaltan bu maddelre yüzey aktif- kapiler aktif madde denir. Çözünen maddenin çözelti yüzeyindeki konsantrasyonu iç gerilimi artar. Sıvının yüzey gerilimini artıran maddelere de yüzey inaktif-kapiler inaktif madde denir. Yüzey gerilimindeki düşme veya artma miktarı çözünen maddenin konsantrasyonu ile deðişir.
Sıvıların yüzey gerilimi kapiler boruda yükselme, damla aðırlıðı, damla sayımı ve koparılma metodları ile tayin edilebilir. Uygulamadaki kolaylıkları nedeniyle damla aðırlıðı ve damla sayımı metodları yaygın kullanılır.
Damla Ağırlığı Metodu:
Katı yüzeyi ıslatan sıvılar kılcal bir borudan yavaş yavaş akıtılırken damlalar halinde düşer. Damla oluşmasında etkin kuvvet yüzey gerilim kuvvetidir. Dış yarı çapı r olan kapiler boruda m kütleli damlanın tam düşme anında damla üzerine etkiyen yerçekim kuvveti, havanın kaldırma ve yüzey gerilim kuvvetlerinin bileşkesi sıfır olmaktadır. Havanın kaldırma kuvveti ihmal edilebilir, yerçekim ve yüzey gerilim kuvvetlerinin yönleri dikkate alınırsa,
mg= 2prg 1.1
denklemi yazılabilir. Denklemdeki g yerçekim ivmesi, ? yüzey gerilimidir. Kılcal borunun dış yarıçapını kesin belirlemek güç olduðu için yüzey gerilimi bilinen bir sıvı ve bilinmeyen diðer bir sıvı için ayrı ayrı 1.1 denklemi yazılır ve taraf tarafa oranlanırsa
m1 / m2 = g1 / g2 1.2
denklemi elde edilir. Tek bir damlanın tartımından gelecek hatayı azaltmak için n damla düşülerek tartılır ve bir damlanın ortalama aðırlıðı bulunur.
Kapiler borudan düşen damlanın boru ile birleÅŸtiði yerden kopmamasından kaynaklanan hatayı minimuma indirmesi ve hızlı netice alınması nedeniyle damla sayımı medodu Traube stalagmometre laboratuvar deney düzeneyinde yüzey gerilim tayininde yaygın ÅŸekilde kullanılır. Åžekil 1.1′de görüldüðü gibi stalagmometrenin belirli bir hacmi vardır. Bu sabit hacimdeki sıvının damla sayısı sayılarak yüzey gerilimi bilinmeyen sıvının aÅŸaðıdaki denklemler yüzey gerilimi hesaplanır. n1 , n2 damla sayısı, p1, p2 sıvıların yoðunlukları, g1 ,g2 sıvıların yüzey gerilimleridir.
g1 / g2= n2 p1 / n1 p2
Yüzey Adsorpsiyon Izotermi:
Kapiler aktif veya kapiler inaktif maddelerin sıvının yüzey gerilimini deðiştirdiðini, çözünen maddenin yüzeydeki konsantrasyonunun iç kısımlarından farklı olduðu belirtilmişti.
Yüzey ile iç kısımlardaki konsantrasyon farklılıðına yüzey adsorpsiyonu denir. Çözünen maddenin konsantrasyonu c olmak üzere deney sıcaklıðı T °K deki yüzeyin birim alanı başına konsantrasyon farklılıðı q Gibbs adsorbsiyon izoterm denklemi
q = – c dg / Rg dc
ile verilir. Yüzey gerilimi g dyn/cm biriminde olduðu için R gaz sabiti için 8.314.107 erg/mol.der deðeri alınmalıdır. Yüzey geriliminin çözünen maddenin konsantrasyonu ile deðişimini dg / dc bulmak için farklı konsantrasyonlardaki çözeltilerin yüzey gerilimleri tayin edilir. Konsantrasyon yüzey gerilimi grafiði çizilir. Seçilen c konsantrasyonu için elde edilen eðriye çizilen teðetin eðimi konsantrasyon için dg /dc deðişimi verecektir.
Deðişik konsantrasyonlar için çizilen her teðetin eðimi ve konsantrasyon için Gibbs adsorpsiyon deðerleri hesaplanır. Konsantrasyon q deðerleri grafiði yüzey adsorpsiyon izotermini oluşturur. Yüksek çözünen madde konsantrasyonlarında sabit kalan m deðeri yüzeyin çözünen maddenin moleküllerince kaplandıðı (monolayer) deðerdir. 1/qmN deðeri adsorplanan maddenin bir molekülünün yüzeyde kapladıðı alanı verir.
dg /dc deðerinin pozitif olması çözünen maddenin kapiler inaktif, negatif olması ise çözünen maddenin kapiler aktif madde olduðunu gösterir.
Deneyin Yapılışı:
Deneyler ucu düzgün bir büret kullanılarak yapılacaktır. Büret kullanılmadan önce kromik asit ve saf su ile yıkanmalıdır. Her deney sonunda büret saf su ile yıkanmalı ve yüzey gerilimi tayin edilecek sıvı veya çözeltinin az miktarı ile çalkanmalıdır. Deneyler sırasında büretten düşme hızları mümkün olduðunca yavaş ve tüm deneylerde aynı hızda olmasına dikkat edilmelidir. Yüzey gerilimi tayin edilen referans su, sıvı ve çözeltiler aynı sıcaklıkta olmalıdır. Damlaların toplandıðı küçük beherler temiz, kuru olmalı ve ikinci kez kullanılırken boş tartımı alınmalıdır. Damlaların beher dışına sıçramaması için dikkatli olunmalıdır. Tüm sıvı ve çözeltiler için 15-20 damla alınmalıdır. Beherin boş iken tartımı m1,n damla sıvı veya çözelti ile tartımı m1 gram ise 1 damla sıvı veya çözeltinin aðırlıðı,
M = m2 – m1 / n 1.5 denklemi ile bulunur.
Deneylere önce referans sıvı olarak saf su ile başlanır. Daha sonra yüzey gerilimi tayin edilecek saf sıvı ve farklı konsantrasyonlardaki çözeltilerin herbiri için tekrarlanır. Su, saf sıvı ve farklı konsantrasyondaki çözeltilerin herbirinin birer damlalarının aðırlakları 1.5 denklemi ile hesaplanır. Bulunan deðerlerin 1.2 denkleminde kullanılması sonucunda ilgili sıvı ve çözeltilerin yüzey gerilimleri hesaplanır. Deneyde bulunan ve hesaplanan tüm deðerler uygun bir tabloda toplanır.
Deneylerde çözelti olarak metanol, etanol,propanol, bütanol gibi alkollerin, asetik asit, propiyonik asit, bütirik asit gibi asitlerin 0.02, 0.04, 0.06, 0.08 ve 0.1 M sulu çözeltileri kullanılır. Seyreltik çözeltiler gerekirse derişik stok çözeltinin seyreltilmesi ile hazırlanabilir.
Sonuç:
1- Yüzey gerilimleri tayin edilen hidrokarbon türevi-su çözeltileri için konsantrasyon-yüzey gerilimi grafikleri çizilir. Yüzey geriliminin hidrokarbon zincir uzunluðu ile deðişimi görülür. Bu amaçla aynı konsantrasyona karşılık farklı çözelti türlerinin yüzey gerilimleri bir tablo halinde verilir.
2-Bir çözelti türü için çizilen konsantrasyon-yüzey gerilimi grafiði üzerinde seçilen konsantrasyonlara karşı eðriye teðetler çizilir. Her bir teðetin eðiminden dg /dc deðerleri ve 1.4 denkleminden q deðerleri hesaplanır. Sonuçlar bir tablo haline getirilir.
3- Konsantrasyon-q yezüy adsorbsiyon izotermi çizilir. Asimtotunun ordinatı kesim noktası deðerinden qm bulunur.
4- 1/qmN eÅŸitliði kullanılarak çözünen maddenin bir molekülünün yüzeyde kapladıðı alan hesaplanır. Suyun 20°C’de yüzey gerilimi ? = 72,75 dyn/cm
admin | 
01 31st, 2009| 
