welcome (Практикум 1), страница 9

Нажимают «Пуск» в окне программы «mpr51 reporter» и «Пуск» напанели прибора.589. После окончания эксперимента выключают прибор и воздушноеохлаждение.Обработка полученных результатов.1. По полученной экспериментальной зависимости температуры отвремени Т(t) найти температуры плавления и затвердевания олова. Рассчитатьвеличину переохлаждения ΔT * = Tпл − Tк .2. Из графика Т(t), рис 5.1, определить время затвердевания Δt = tк–tн.Рассчитать частоту образования зародышей новой фазы J по формулеJ = 1 /(vΔt ) . Радиус частиц олова принять равным 10 мкм.3.

По уравнениям (5.5), (5.7), (5.8) рассчитать свободную энергию Гиббсаобразования критического зародыша ΔGmax удельную избыточную свободнуюэнергию на границе раздела кристаллический зародыш–расплав олова и радиускритического зародыша. Теплота плавления олова L = 7,0 кДж/моль, молярныйобъем олова в кристаллическом состоянии Vmн = 16,3 ⋅10−6 м3/моль.Работа5.2.Гомогенноеобразованиезародышейновойфазыприкристаллизации из раствора.Цель работы: изучение процесса гомогенного образования зародышейновой фазы при кристаллизации BaSO4 из раствора; определение свободнойэнергии образования критического зародыша ΔGmax , радиуса критическогозародыша и удельной свободной поверхностной энергии.В случае образования новой фазы при кристаллизации из пересыщенногораствора уравнение (5.4) может быть представлено в виде:⎛16πσ3Vm2 ⎞,J = J 0 exp(−ΔGmax / kT ) = J 0 exp ⎜ −2 ⎟3kT(RTlnS)⎝⎠(5.9)где S – пересыщение, равное отношению концентрации пересыщенногораствора с к концентрации насыщенного раствора с0 при данной температуре.Время от создания пересыщения до начала видимого образования зародышановой фазы называется индукционным периодом τ .

Если принять, чтоиндукционный период обратно пропорционален величине J , то уравнение (5.9)можно представить в линейном виде:59ln τ = A +16πσ3 M 2 N A3 ( RT ) ρ ( ln(c / c0 ) )322= A+K0( ln(c / c0 ) )2,(5.10)где А – постоянная величина, М – молекулярная масса. NА – число Авогадро,ρ – плотность вновь образующейся фазы. По наклону зависимости ln τ от1/(ln(c / c0 ) 2 определяют величинуK0и рассчитывают величину удельнойсвободной поверхностной энергии между зародышем и раствором поуравнению:⎡ K 0 3 ( RT ) 3 ρ 2 ⎤σ=⎢⎥2⎢⎣ 16πM N A ⎥⎦1/ 3.(5.11)Для определения индукционного периода используют различные методы:оптические, кондуктометрические и др.

В данной работе используетсяоптический метод, основанный на измерении светопропускания в процессеобразованиявысокодисперсногозоля.Вобщемслучаезависимостьсветопропускания от времени кристаллизации имеет вид, представленный нарис. 5.2.Рис. 5.2. Изменение светопропускания раствора в зависимости от времени.Период индукции τ соответствует окончанию первого участка кривой, накотором светопропускание слабо изменяется во времени, и началу резкогоуменьшения светопропускания вследствие кристаллизации.Порядок выполнения работы:601. Готовят гидрозоль BaSO4: к 3 мл раствора K2SO4 при перемешиванииприливают 3 мл водного раствора BaCl2 (концентрации указываются в рабочемзадании).2.

Используя спектрофотометр Jenway устанавливают значение длиныволны равное 400нм и измеряют зависимость светопропускания T(%) отвремени.3. Аналогичные измерения проводят для нескольких гидрозолей BaSO4,полученных при различных пересыщениях.Обработка полученных результатов.1. Для исследованных золей построить зависимости Т(t) и определитьпериоды индукции τ.2. Рассчитать значения пересыщений, при которых были получены золиBaSO4 (при 200С растворимость BaSO4 равна 2,47.10–4 г в 100 мл воды).Построить зависимость ln τ от 1 /(ln S ) 2 и определить величину K 0 .3. По уравнению (5.11) рассчитать величину удельной свободнойповерхностной энергии на границе раздела твердая частица – раствор (при200С плотность BaSO4 = 4,5 г/см3).4.

Рассчитать свободную энергию образования критического зародышаΔGmax и радиус критического зародыша rc при разных пересыщениях поуравнениям:ΔGmax =16πσ3 M 23 ( RT ) ρ 2 ( ln S )rc =22;2σM.ρRT ( ln S )5. Проанализировать влияние пересыщения на значения ΔGmax и rc .Порядок работы на спектрофотометре Jenway 6310:1. Включают спектрофотометр и прогревают в течение 30 мин.

(включательнаходится на задней панели прибора).612. Выбирают фотометрический режим измерений на дисплее прибора«PHOTOMETRICS» кнопкойкнопкойилии переводят прибор в этот режим.3. Устанавливают длину волны 400 нм кнопкамиилив зависимостиот указанной на дисплее прибора.4. Наливают в одну кювету дистиллированную воду, во вторую – исследуемыйзоль.5. Помещают в кюветодержатель кювету с дистиллированной водой изакрывают крышку кюветного отделения.

Нажимают кнопкуCALдлякалибровки прибора.6. Ставят в кюветодержатель кювету с исследуемым золем, закрывают крышкукюветного отделения. Значения оптической плотности («Abs») и коэффициентасветопропускания (Т, %), изменяющиеся во времени, записывают в таблицу.Таблица 1.Величина пересы‐ Время, сек. щения Оптическая  Коэффициент плотность, А светопропускания, Т, %         РАЗДЕЛ 6.ДИСПЕРСИОННЫЙ АНАЛИЗ.Одной из важных характеристик дисперсных систем (ДС) являетсядисперсность, определяемая отношением площади межфазной поверхности кобъемудисперснойфазы.ДисперсностьDхарактеризуетстепеньраздробленности вещества дисперсной фазы.

D=k/d, где d – размер частицы, k –коэффициент формы частицы62В свободнодисперсных системах с размером частиц r > 1·10–6 м подвлиянием гравитационного поля наблюдается оседание или всплывание частиц,в зависимости от соотношения плотностей дисперсной фазы и дисперсионнойсреды. Это явление называется седиментацией (или обратной седиментацией,соответственно). При оседании на индивидуальную сферическую частицувлияет сила тяжести f g , которая с учетом силы Архимеда равна:fg =4 3πr ( ρ − ρ 0 ) g ,3(6.1)где ρ и ρ0 – плотности частиц дисперсной фазы и дисперсионной среды,соответственно, g – ускорение свободного падения. Движению частицы всреде препятствует сила вязкого сопротивления fη:f η = 6 πrηv(6.2),где v - скорость движения частицы, η - вязкость дисперсионной среды.В начале, когда f g > f η , частица движется ускоренно, по мере увеличенияскорости движения fη возрастает.

В определенный момент времени силыуравновешиваются f g = f η , и движение становится равномерным. Из равенствасил следует, что скорость осаждения частицы будет равна:v=2r 2 (ρ − ρ 0 ) g,9η(6.3)r=9ην.2(ρ − ρ 0 ) g(6.4)а радиус частицы:Уравнения (6.3) и (6.4) составляют теоретическую основу методаседиментационного анализа, позволяющего определить размер и распределениепо размерам частиц дисперсной фазы.Лабораторная работа 6.

Определение размера частиц и распределениячастиц по размерам методом седиментационного анализа63Цель работы: изучение кинетики седиментации методом непрерывногонакопления осадка, определение размеров частиц, построение интегральной идифференциальной кривых распределения частиц по размерам.Определениеразмеровчастицдисперснойфазыметодомседиментационного анализа используется для агрегативно устойчивых системи требует соблюдения следующих условий:– отсутствие химического взаимодействия между твердыми частицамидисперсной фазы и дисперсионной среды;- хорошее смачивание поверхности частиц дисперсионной средой- размер частиц для систем с водной дисперсионной средой должен лежать винтервале 1÷100 мкм;- предполагается, что форма частиц близка к сферической;–концентрация частиц дисперсной фазы не должна превышать 0,5 – 1% помассе, чтобы на оседание отдельной частицы не влияли соседние частицы.Порядок выполнения работы (c использованием торсионных весов ВТ-500):1.

В стеклянный цилиндр с миллиметровыми делениями наливаютдистиллированную воду (или другую жидкость) до уровня, на 1–2 см ниже краяцилиндра.2. Цилиндр устанавливают с правой стороны от торсионных весов ипогружают в воду металлическую чашечку, подвешивая ее на крючоккоромысла (1) (рис. 6.1). Цилиндр располагается таким образом, чтобы чашечкане касалась его стенок.

Расстояние от поверхности жидкости до чашечкидолжно составлять 15–20 см, а от чашечки до дна цилиндра – 2–3 см.64Рис. 6.1. Схема торсионных весов.3. Измеряют вес чашки. С этой целью арретир весов 2 переводят в правоеположение «Открыто» и приводят весы к равновесию, перемещая рукоятку 3указателя 4 против часовой стрелки до тех пор, пока указатель равновесия 5 несовместится с вертикальной линией равновесия, нанесенной на шкалу весов.Записывают показания весов в мг.

в таблицу 1.4. По шкале цилиндра определяют высоту столба жидкости Н (см) надчашечкой.5. Арретируют весы («Закрыто»), вынимают чашечку, измеряют объемводы, налитой в цилиндр, и снова заполняют ею цилиндр.6. По указанию преподавателя берут навеску порошка для приготовления0,5% суспензии и вносят ее в цилиндр с дистиллированной водой.7. Приготовленную суспензию тщательно перемешивают с помощьюдисковой мешалки, медленно перемещая ее вверх и вниз, добиваясьравномерного распределения частиц суспензии по всему объему.8.

Вынимают мешалку, быстро устанавливают цилиндр справа от весов иопускают чашечку в суспензию. Одновременно с погружением чашечкиосвобождают арретир весов, включают секундомер и начинают измерения весаоседающих частиц. В начальный период времени вес чашечки меняется быстро,поэтому измерение веса проводят через каждые 15 сек.

С уменьшениемскорости оседания измерения проводят через промежутки времени, в течение65которых масса осадка изменяется не менее чем на 10 мг. Экспериментзаканчивают, когда вес осадка в течение 15 мин. изменяется не более чем на 1–2 мг.9. По окончании измерений арретируют весы, моют чашечку и цилиндр.Порядок выполнения работы (с использованием седиментометра СВ-1) :Перед началом работы необходимо ознакомиться с приводимым нижеописаниемседиментометраСВ-1(рис.6.2)ивыполнитьнеобходимыеподготовительные операции.Рис.