Теоретическая часть.

Жидкости характеризуются наличием значительных сил взаимного притяжения молекул. Сопротивление, испытываемое жидкостью при движении одних слоев ее по отношению к другим, называется внутренним трением или динамической вязкостью жидкости.

Величина, обратная динамической вязкости, назы­вается текучестью.

Если внутри жидкости взять два слоя, каждый с по­верхностью S, находящихся на расстоянии Д/ друг от друга, то, чтобы передвинуть один из них параллельно другому со скоростью До, необходимо приложить силу, равную

F=ɳSΔ𝛖/Δl , (1)

где ɳ — коэффициент внутреннего трения или просто

вязкость; отношение Δ𝛖/Δl средний градиент скорости. Если S=1см² и Δ𝛖/Δl = 1, то вязкость ɳ естьсопротивление силе, необходимой для относительного передвижения двух слоев жидкости с поверхностью каждого в 1 см² при постоянном градиенте скорости, равном единице. Единица измерения динамической вязкости н-сек/м² (ньютон-секунда на квадратный метр).

Отношение вязкости исследуемой жидкости к вязко­сти воды называется относительной вязкостью, которая обозначается z.

Приборы для измерения вязкости называются вискози­метрами. Чаще других применяются капиллярные вис­козиметры, с помощью которых вязкость определяют по скорости истечения жидкости, измеряя время истечения определенного объема жидкости или объем жид­кости, протекающий через капилляр за определенное время.

Если за время t под давлением р через капилляр длиною l и радиусом r объем жидкостиV, то вязкость равна

ɳ= pt (2)

Этим уравнением определяется так называемая нормальная вязкость, которой обладают чистые жидкости, истинные растворы и бесструктурные золи.

Вследствие структурообразования вязкость растворов лиофильных веществ обычно выше нормальной ɳ, вычисленной по уравнению 2. Эта превышающая нормальную часть вязкости называется «структурной вязкостью» ɳ _стр.Следовательно, вязкость раствора равна

ɳ _раств.= ɳ +ɳ _стр.

С увеличением степени полимеризации вещество приобретает резко выраженные коллоидные свойства и образует растворы (золи) очень высокой вязкости. Мицеллы лиофильных веществ представляют собой агрегаты рыхлой структуры, вследствие чего они пропитаны жидкостью, подвижность которой ограничена-иммобилизованая жидкость.

Асимметрия мицелл и макромолекул облегчает стуктурообразование и повышает вязкость раствора.

Нагревание, механическое воздействие(перемешивание)и другие факторы, вызывающие распад мицелл (агрегатов) и разрушение структуры, могут понизить вязкость раствора до нормальной. Тогда вязкость определяется по уравнению 2.

Кроме того на вязкость раствора оказывают влияние концентрация, природа растворенного вещества и растворителя, заряд частиц, количество и природа добавляемых электролитов и неэлектролитов,возраст раствора, рН среды и др.

Лабораторная работа.

Опыт 1.Определение вязкости с помощью капиллярного вискозиметра.

Обычно вязкость определяют по отношению к вязкости воды, измеряя время истечения под собственным давлением одинаковых объемов исследуемой жидкости и воды в одном и том же вискозиметре (рис.1).

Рис. 31. Капил­лярный виско­зиметр

Вискозиметр промывают теплой хромовой смесью,

затем дистиллированной водой. С помощью градуиро­ ванное пипетки наливают в трубку В столько дистиллированной воды, чтобы уровень

ее находился в верхней части расширения (обычно

5 мл). Вискозиметр погружают (несколько выше метки а) в большой химический стакан с водой определенной и посто­ян

ной температуры (термостат) и вертикально укрепляют его в

шта­тиве.

Минут через десять, когда вода в вискозиметре

примет температуру термостата, с помощью резиновой

труб­ки, надетой на конец трубки А, заса­сывают воду

выше верхней метки а, причем уровень воды в правом

колене должен оставаться в нижней части расширения В.

Затем с помощью секундомера с точностью до 0,2 сек

определяют вре­мя истечения воды от метки а до мет­ки в. Повторяют определение

3—4 раза и берут среднее.

Так же определяют время истечения исследуемой жидкости, наливая в вискози-

метр точно такой же объем ее, как и воды, повторяя определение до получения

по­стоянных значений.

При определении вязкости нельзя допускать вспени­вания жидкости, наличия

пузырьков воздуха в капилля­ре вс и наличия капли жидкости у метки а.

Формулы для вычисления вязкости выводятся сле­дующим образом.

Разделив почленно уравнение (2) для вязкости ис­следуемой жидкости ɳ и воды

ɳ_в , получим

ɳ /ɳ_{в =} pt/p_вt_в

Так как при одинаковой высоте столбов жидкостей давление пропорционально плотности этих жидкостей ( _в), то вместо предыдущего уравнения получим

ɳ=ɳ_вpt/p_вt_в (3)

Взяв значение плотности воды для данной темпера­туры из табл. 1 (см. работу 48) и вязкости воды из табл. 2, можно вычислить динамическую вязкость ис­следуемой жидкости.

Таблица 2

Вязкость воды, дн-сек/м²*

t°	in	t°	■п	t°	■л	i°
0	0,0178	18	0,0107	24	0,0092	50	0,0055
5	0,0151	19	0,0104	25	0,0090	60	0,0047
10	0,0131	20	0,0102	30	0,0080	70	0,0041
15	0,0116	21	0,0100	35	0,0072	80	0,0036
16	0,0113	22	0,0097	40	0,0066	90	0,0032
17	0,0110	23	0,0093	' 45	0,0060 :	100	0,0028

* 1 дн ■ сек/м¹ = 1 г/см ■ сек.

Для определения относительной вязкости (г) иссле­дуемой жидкости вязкость и плотность воды принимают равными единице. Тогда уравнение (60) принимает вид:

Опыт 2. Влияние температуры на вязкость

0,5%-ный раствор желатина наливают в вискозиметр, погружают в широкое колено вискозиметра-термометр и помещают прибор на полчаса в стакан с ледяной водой, после чего определяют время истечения раствора при 0°С. Затем определяют время истечения раствора при 20°С и, наконец, при 40°С, помещая вискозиметр на полчаса в стакан с водой соответствующей темпера­туры. Перед каждым определением раствор, просасывают через капилляр 2—3 раза.При тех Же значениях температуры определяют вре­мя истечения дистиллированной воды. Вычисляют вяз­кость раствора и вычерчивают кривую, показывающую падение вязкости раствора с повышением температуры.

Опыт 3. Влияние концентрации на вязкость

При одинаковой температуре определяют вязкость

растворов желатина, приготовленных разбавлением го­рячего 1%-ного раствора горячей дистиллированной во­дой и охлажденных до комнатной температуры. Раство­ры готовятся следующей концентрации:.

Пример. Интенсивность окраски исследуемого раствора лежит между окрасками растворов 3 и 4. Зная, что раствор 3 содержит 15, а раствор 4 – 20 мг/100 мл меди, определяем, что в контрольном растворе 44

(15 + 20)/2=17,5 мг/100 мл меди. 44

pH = рК_а +lg (6.20) 45

α = (6.22) 47

В зависимости от того какое свойство определяют, все физико-химические методы подразделяются на оптические, электрохимические, хроматографические и т.п. В оптических методах используется зависимость между составом исследуемого вещества (или материала) и каким-либо свойством: светопоглощением (колориметрия и др.); светорассеянием (нефелометрия); преломления света (рефрактометрия); вращением плоскости поляризации (поляриметрия). 49

b_осм=b(X) = ∆Т₃ /K(H₂0). 69

77

Вычерчивают кривую, показывающую • повышение вязкости с увеличением концентрации раствора.