Методические разработки к практикуму по коллоидной химии, страница 6

При помощи винтов 6 и7 вводят изображение пластины в поле захвата видеоизображения. На концеиглы шприца формируют каплю исследуемой жидкости и касаются еюповерхности пластины ближе к краю, обращенному к объективу. Объем каплине должен превышать 2 мкл, чтобы ее изображение целиком помещалось наэкране. Освещение капли регулируют с помощью зеркала 9.

Вращая винты 6, 7и 8, добиваются наиболее резкого изображения капли и поверхности пластинына экране. Фотографируют каплю, для чего наживают на клавишу Снимок изаписывают файл с видеоизображением капли (с расширением «.bmp») всоответствующую папку. Повторяют методику получения видеоизображениякапли для всех исследуемых систем и выключают программу iuVCR.Дляизмерениякраевыхугловиспользуютсохраненныевидеоизображения. Запускают программу «Promer» (ярлык находится нарабочем столе).

Нажимают на клавишу Открыть bmp (в верхней части окнапрограммы) и открывают созданный ранее файл. Нажимают на клавишуКраевые углы и открывают новое окно. В нижней части нового окна нажимаютна клавишу Базовая точка. Подводят курсор к точке, соответствующейконтакту трех фаз твердое тело–жидкость–газ, и нажатием левой клавишимыши фиксируют базовую точку – вершину краевого угла. На экранепоявляется желтая точка. Нажимают клавишу Базовая линия. На экране отбазовойточкипроводятжелтыйлуч,37совпадающийсповерхностьюжидкость/твердое тело.

Луч проводят при нажатой левой клавише мыши, афиксируют его положение вторичным нажатием клавиши. Нажимают накнопку Верхняя касательная. При нажатой левой клавише мыши проводяткасательную к поверхности жидкость/газ из базовой точки. Фиксируютположение линии вторичным нажатием клавиши. В поле желтого цвета внизуокна появляется значение краевого угла, которое заносят в рабочую тетрадь.Измерения проводят с обеих сторон капли (θлев и θправ) и для расчетов ипостроения графиков берут среднее арифметическое значение θср.

При ошибкев нанесении базовой точки, проведении базовой линии или касательнойнажимают на клавишу Полный сброс и повторяют процедуру измерениякраевыхуглов.Послепроведенияанализаодноговидеоизображения,закрывают рабочее окно и переходят из режима измерения краевых углов восновное окно программы.

Повторяют процедуру измерения краевых углов дляостальных файлов, содержащих видеоизображения капель. После обработкивсех сохраненных изображений капель выходят из программы «Promer».7. В таблицу заносят данные (с, θправ, θлев, θср, cosθср).Обработка результатов.1. Рассчитать работу адгезии по уравнению (3.2): WA=σЖГ(1+cosθ).2.

Рассчитать долю гидрофобных участков на поверхности по уравнению(3.5). В уравнении (3.6) θ = θср, θ1 – краевой угол воды на немодифицированнойпластине (принимаем θ1 = 5о), θ2 – максимальное значение краевого угла намодифицированной пластине.3. Построить изотерму смачивания cosθср = f(lgс).Работа 3.2. Влияние адсорбционных слоев сапонина на смачивание водойалюминиевых пластинЦель работы: изучение влияния адсорбционных слоев сапонина на смачиваниеводой алюминия, покрытого окисной пленкой, методом измерения краевыхуглов.38Порядок выполнения работы.1.

Обезжиривают ацетоном алюминиевые пластины, выравнивают их напрессе между двумя листами кальки.2. Измеряют краевые углы воды на алюминиевых пластинах (методизмерения θ см. лабораторную работу 3.1). Отбирают 6 пластин, на которыхсреднее значение краевого угла θср = 60±5о.3. Готовят водные растворы сапонина следующих концентраций: 1,0; 0,5;0,25; 0,1; 0,05; 0,01% (вес.).4. Пластинки погружают в растворы на 15–20 минут.

Это время необходимодля установления равновесной адсорбции из растворов на твердой поверхности.5. Пинцетом вынимают пластинки из растворов сапонина и сушат подлампой в течение 20–30 минут. Чтобы не повредить образовавшийсяадсорбционный слой, пластинки кладут в наклонном положении на стекляннуюпалочку, поместив под них фильтровальную бумагу.6. Высушенные пластинки с помощью пинцета поочередно помещают надержатель прибора, наносят на них шприцем капли воды и измеряют краевыеуглы.7.

Данные всех измерений записывают в таблицу(с, θправ, θлев, θср, cosθср ).Обработка результатов измерений.1. Рассчитать работу адгезии по уравнению (3.2): WA=σЖГ(1+cosθср).2. Построить изотерму смачивания cosθср = f(lgс).Работа3.3.ВлияниеПАВнасмачиваниенизкоэнергетическихповерхностейЦель работы: изучение влияния концентрации водных растворов спиртана смачивание низкоэнергетических поверхностей; расчет адсорбции спирта награнице твердое тело – жидкость; определение максимальной адсорбции Г mТЖи площади, приходящейся на молекулу ПАВ в насыщенном адсорбционномслое s0ТЖ .39Порядок выполнения работы.1.

По указанию преподавателя получают образцы неполярного полимера.Пластинки брать только пинцетом за ребро или угол, поскольку случайныезагрязнения могут сильно изменить величины краевого угла.2. Измеряют краевые углы воды на образцах (метод измерения краевыхуглов см. лабораторную работу 3.1). Для нанесения капель воды используютотдельный шприц.3.

Из исходного раствора спирта (по указанию преподавателя) известноймолярной концентрации в 10 бюксах готовят по 15 мл водных растворов спиртав соответствие с таблицей разбавления:№ р–ра12345678910V исх. р–ра 0,5 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 7,5 10,0 12,0 15,0ПАВ, млV воды, мл 14,5 14,0 13,0 12,0 11,0 10,0 7,5 5,0 3,00Рассчитывают молярную концентрацию приготовленных растворов с.4.

С помощью шприца капли приготовленных растворов наносят наповерхность полимера, начиная с самого разбавленного раствора. Переднанесением капли шприц трижды промывают исследуемым раствором и толькопосле этого наносят каплю на образец. Измерения начинают через 2–3 минутыпосле нанесения капли раствора для установления адсорбционного равновесия(при этом время между нанесением капли и проведением измерений не должнопревышать 5–7 минут, поскольку испарение капли может исказить измеряемыекраевые углы).5. Полученные результаты заносят в таблицу (с, θправ, θлев, θср=θ, cosθ ).Обработка полученных результатов.1. Построить изотерму смачивания cosθ = f(с).

Определить точку инверсиисмачивания.2. Для расчета адсорбции на границе твердое тело – жидкость по уравнению(3.4), построить зависимость σЖГcosθ = f(c) (необходимые для расчетовзначения σЖГ определяют из изотермы поверхностного натяжения, полученной40для данного спирта при выполнении лабораторной работы 2.1 или 2.2).

Дляточногопроведенияd(σЖГcosθ)/dс,дифференцированияполученнуюзависимость необходимо аппроксимировать математической функцией.Для описания зависимости σТЖ от концентрации ПАВ можноиспользовать уравнение Шишковского:σТЖ (с) = σ0ТЖ− bТЖ ln ( AТЖ c + 1) .(3.6)Подставляя соотношение (3.6) в уравнение Юнга, получаем:σЖГ cos θ = σТГ − σТЖ = σТГ − σ0ТЖДляσ0ЖГчистойводыcosθ 0 = σ ТГ − σ 0ТЖ=0)из(3.7)уравнения(3.7)следует:. Подстановка в уравнение (3.7) дает:σЖГ cos θ = σ0ЖГДальнейшую(с+ bТЖ ln ( AТЖ c + 1) .cos θ0 + bТЖ ln ( AТЖ c + 1) .обработкуэкспериментальных(3.8)данныхвыполнитьспомощью программы Microsoft Excel.Создать таблицу (в виде столбцов), в которую занести следующиеэкспериментальные данные: с; σЖГ; cosθ; σЖГcosθ; а также значения σЖГcosθ,рассчитанные по уравнению (3.8).

В качестве первого приближения длярасчётов можно использовать значения констант b и А, полученные дляграницы раздела жидкость – газ. Необходимые для расчета значения константbТЖ и AТЖ должны находиться в отдельных фиксированных ячейках внетаблицы.Ещеоднаколонкатаблицы–квадратыразностимеждуэкспериментальным и расчетным значениями величин σЖГcosθ. В отдельнойячейкеопределитьэкспериментальнымисуммуквадратоввеличинамиразностимеждурасчетными2∑ ⎡⎣(σ ЖГ cosθ )экс − (σ ЖГ cosθ ) рас ⎤⎦ .иЗатемоткрыть окно опции «Поиск решения» программы Excel. Задать минимальноезначение целевой ячейки2∑ ⎡⎣(σ ЖГ cosθ )экс − (σ ЖГ cos θ ) рас ⎤⎦ при изменении ячеек,соответствующих величинам bТЖ и AТЖ . После выполнения программы попоиску решения в соответствующих ячейках появятся значения bТЖ и AТЖ ,41соответствующие минимальному различию расчетных и экспериментальныхданных.

На одном графике в виде отдельных точек нанести экспериментальныезначения (σ ЖГ cos θ ) =f(c) и в виде линии полученную расчетную зависимость(σ ЖГ cos θ ) рас = f(с).При удовлетворительном совпадении экспериментальных точек ирасчетной кривой, полученные величины bТЖ и AТЖ использовать для расчетазависимости адсорбции на границе раздела твёрдое тело – жидкость (ГТЖ) отконцентрации ПАВ по уравнению (3.4). С этой целью найти производнуюdσ ЖГ cos θdcиз уравнения Шишковского (3.8) и подставить её значениеdσ ЖГ cos θ AТЖ bТЖ=в уравнение (3.4). Построить зависимость Г (с) .ТЖdc1 + AТЖ c3. Рассчитать следующие параметры адсорбционного слоя ПАВ награнице водный раствор ПАВ - твёрдое тело: максимальную адсорбцию Г mТЖ ,площадь, приходящуюся на молекулу ПАВ в насыщенном адсорбционном слоеs0ТЖ = 1/ N A Г mТЖ .