Методические разработки к практикуму по коллоидной химии, страница 7

Значение Г mТЖ найти двумя способами:1 – из соотношения Г mТЖ = b / RT ;2. – из зависимости Гc/ ГТЖ= f (c ) ,ТЖ(с) , которую надо представить в виде графикасоответствующего линейной форме уравнения Ленгмюра:cc1=+и рассчитать значение предельной адсорбции Г mТЖ .ΓТЖ Γ mТЖ AТЖ Γ m ТЖ4.

Сопоставить величины b, A, Г m , s0 для границы раздела жидкость – гази твердое тело – жидкость.РАЗДЕЛ 4.ЭФФЕКТ РЕБИНДЕРА.Эффектом Ребиндера называют облегчение деформации и разрушениятвердых тел в результате совместного действия приложенных напряжений ижидкой среды, родственной твердому телу. При этом взаимодействие твердого42тела со средой имеет обратимый характер и приводит к понижению удельнойсвободной поверхностной энергии твердого тела.Следует выделить следующие особенности, характерные для эффектаРебиндера и отличающие его, например, от коррозионной деградацииматериалов:1) изменение механических свойств твёрдых тел сразу же послеустановления контакта со средой;2) малые количества активной среды;3) совместное действие среды и механических напряжений (приложенныхизвне или остаточных);4) обратимость эффекта: после удаления среды механические свойстваисходного материала полностью восстанавливаются.Эффект Ребиндера наблюдается в твердых телах разнообразной природы(металлы, ионные и ковалентные кристаллы, стекла, полимеры, горные породы)и может проявляться в различных формах: пластифицирование, адсорбционноепонижение прочности, квазисамопроизвольное диспергирование.Возможность,формаиинтенсивностьпротеканияпроцессовадсорбционного воздействия среды на механические свойства твердых телопределяются рядом факторов, которые можно разделить на три группы.1) Химическая природа среды и твердого тела, т.е.

характер силвзаимодействия между молекулами (атомами) в объемах конденсированныхфаз и на межфазной поверхности.2) Реальная (дефектная) структура твердого тела, определяемаяколичеством и характером дефектов (плотность дислокаций, наличие и размерызародышевых микротрещин, пор, размеры зерен, энергетический спектрмежзеренных границ и т.п.).3) Условия проведения деформирования и разрушения твердого тела(температура, скорость деформирования, способ приложения и величинавнешних механических воздействий, количество активного компонента,продолжительность его контакта с твердым телом).43Лабораторные работы к разделу 4.Работа 4.1.

Адсорбционное понижение прочности дисперсных пористыхматериалов.Цель работы: изучение влияния различных жидких сред на прочностькатализаторов (сорбентов).Работувыполняютводномиздвухвариантов(поуказаниюпреподавателя): 1) исследуют влияние химической природы жидкостей напрочностьобразцов;2)исследуютвлияниеконцентрацииполярногокомпонента (от 0 до 100 масс.%) в бинарной смеси на прочность образцов. Длякаждой жидкости берут 10 образцов катализатора.Порядок выполнения работы.1. В соответствии с количеством исследованных жидких сред, берутнесколько чашек Петри. В каждую чашку помещают бумажный фильтр ихорошо смачивают его исследуемой жидкостью.2. Пинцетом вынимают 10 образцов из эксикатора, где они хранятся воизбежание адсорбции паров воды.

Измеряют диаметр образцов d. Вдальнейшем именно эти образцы используют для пропитки водой.3. На смоченную фильтровальную бумагу пинцетом устанавливаютвертикально (на основании цилиндра) по 10 образцов в каждую чашку. Чашкизакрывают, и образцы выдерживают в таком положении не менее 10 минут. Поистеченииэтоговременичашкиоткрывают,иобразцыпинцетомпереворачивают, ставя их вертикально на другое основание цилиндра,закрывают чашки и выдерживают образцы ещё 10 минут.

Затем медленнозаливают в чашки соответствующие жидкости таким образом, чтобы всеобразцы были ею покрыты, и выдерживают ещё не менее 10 минут. Указанныйспособ пропитки обеспечивает равномерное поступление жидкости в порыобразцов и исключает возможность защемления в них пузырьков воздуха исоздания дополнительных напряжений внутри образцов.444.Время,используетсявтечениедляизмеренийкоторогопроисходитпрочности10пропиткасухихгранул,образцов,которыепредварительно следует перенести из эксикатора в отдельный бюкс.5. По истечении времени, необходимого для пропитки, измеряютпрочность пропитанных гранул.Механические испытания проводят на приборе МП-2С конструкцииИнститута физической химии РАН.Прибор МП-2С позволяет фиксировать усилие, возникающее прираздавливании образца между плоскими рабочими поверхностями придвижении нижней с постоянной скоростью.Измерение прочности производится в следующем порядке.1.

Включить питание прибора и установить стрелку динамометра нанулевое деление.2. Взять пинцетом образец и поставить его точно в середину подъемногостолика (нижняя рабочая поверхность).3. Включить тумблер «вверх-вниз» в положение «вверх» и следить запоказаниями прибора.8. В момент разрушения образца выключить тумблер «сеть» и записатьпоказания индикатора в таблицу.9. После окончания работы выключить прибор.Обработка полученных результатов.1. Рассчитать среднее значение площади поперечного сечения образцов( s = π d 2 / 4 ).2. Рассчитать средние значения усилия и напряжения разрушения длякаждой жидкости и занести в таблицу. Рассчитать среднюю квадратичнуюошибку.3. Найти относительное понижение прочности под действием каждой изисследованных сред ⎡( ( Pc )0 − Pc ) /( Pc )0 ⎤ ⋅100% ( ( Pc )0 и Pc – соответственно средняя⎣⎦45прочность образцов на воздухе и в присутствии среды).

Результаты записать втаблицу.4. Если работа проводилась с бинарными смесями, построить графикзависимости относительного понижения прочности от концентрации раствора.Таблица. 4.1СредаСреднееОтносительноеУсилиеСреднеезначениепонижениеразрушения F,Нзначениепрочности⎡( ( Pc )0 − Pc ) /( Pc )0 ⎤ ⋅100% ,%⎣⎦_F,НPc =Fsпрочности, Н/м2Работа 4.2. Влияние химической природы среды и концентрацииадсорбционно-активногокомпонентанапрочностьгидрофильногополимера.Цель работы: изучение влияния жидких сред различной полярности напрочность гидрофильных полимеров (целлофан, фильтровальная бумага).Работу выполняют в одном из четырех вариантов (по указаниюпреподавателя):1) изучение влияния алифатических спиртов на прочность гидрофильныхполимеров;2) изучение влияния концентрации растворов пропилового спирта вксилоле на прочность гидрофильных полимеров;3) изучение влияния насыщенных водных растворов солей на прочностьгидрофильных полимеров;4) изучение влияния водных растворов соли различных концентраций напрочность гидрофильных полимеров.Прочность тел с полярным типом связей снижается тем сильнее, чемвыше концентрация полярных молекул в окружающей среде.

При этомсущественную роль играет не только общее количество полярного компонентав системе, но и концентрация подвижных молекул этого компонента, не46связанных в сольватные, адсорбционные и другие комплексы. В особенностиэто относится к водным растворам электролитов, в которых вода находитсяглавным образом в составе гидратов, и концентрация «свободных» молекулводы сильно различается в зависимости от природы электролита, концентрациираствора, температуры и т.д. Мерой подвижности воды может служить еекоэффициент активности f = a/c, где a – активность воды, c – её концентрация.Объектами исследования могут служить гидрофильные полимеры, такиекак целлофан или фильтровальная бумага. Прочность, как фильтровальнойбумаги, так и целлофана обусловлена главным образом многочисленнымиводородными связями между макромолекулами целлюлозы, а полярныйхарактер этих связей делает их подверженными адсорбционным эффектам поддействием подвижных полярных молекул.Порядок выполнения работы.1.

Образцы фильтровальной бумаги или целлофана (полоски шириной 10мм и длиной 6 – 8 см) нарезают с помощью резака.2. Измеряют прочность 10 образцов на воздухе и 10 образцов вприсутствии каждой среды (см. различные варианты выполнения работы). Дляварианта 4 водные растворы соли различных концентраций готовят из заранееприготовленногонасыщенногораствораданнойсоли(поуказаниюпреподавателя). Объемные соотношения воды и насыщенного раствора солисоставляют 1:9, 2:8,...9:1.Измерение прочности на разрывной машине «РМ-50».Испытуемый образец деформируется с постоянной скоростью, и усилие,развиваемое при деформации, измеряется силоизмерителем. Напряжениерастяжения определяется как усилие растяжения, приведенное к исходномусечению образца, а относительная деформация – как абсолютная деформация,приведенная к исходной длине образца.