welcome (1157012), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Оценить значение критической температуры (Tc ≈ ε/η).15Таблица4.Рассчитанныетермодинамическиехарактеристикиповерхностного слоя.Т, Кσ, мДж/м2η, мДж/(м2К)Qs, мДж/м2ε, мДж/м26. На одном графике построить температурные зависимости σ, ε, Qs .Работа 1.2. Поверхностное натяжение на различных межфазных границахЦель работы: измерение поверхностного натяжения на границах разделафаз вода – воздух и вода – неполярная жидкость; расчет работ когезии (WК) иадгезии(WА).ПроверкаприменимостиправилаАнтонова.Расчетнедисперсионной составляющей поверхностного натяжения ( σ n ) воды.Измерение поверхностного натяжения на границах раздела вода – воздух ивода – неполярная жидкость проводят методом максимального давления впузырьке (капле) при комнатной температуре.
Измерения максимальногодавления в пузырьке (капле) проводят на микроманометре ММН–240.Описание метода и расчетные формулы приведены в лабораторной работе 1.1.Порядок выполнения работы:1. Неполярные жидкости берут по указанию преподавателя.2. Проводят измерения hэ для эталонной жидкости (дистиллированнаявода) на границе с воздухом при комнатной температуре (записав ее значение).Поверхностное натяжение воды на границе с воздухом ( σ э ) при даннойтемпературе приведено в таблице 3 Приложения.
Данные заносят в таблицу 1.3. Выливают эталонную жидкость из измерительной ячейки, сушат ячейкуи капилляр и поочередно для всех неполярных жидкостей измеряют значение h,соответствующее максимальному давлению в газовом пузырьке. Данные16заносят в таблицу 1. Значение поверхностного натяжения неполярныхжидкостей рассчитывают по уравнению (17).4. Измерения межфазного натяжения на границе вода – неполярнаяжидкость проводят следующим добразом:•наливают в измерительную ячейку воду, потом слой неполярной жидкости(не смешивающейся с водой) толщиной примерно 2 см;•в стаканчик наливают неполярную жидкость и заполняют ею капилляртаким образом, чтобы высота столбика жидкости составляла примерно 2см;•устанавливают капиллярный кончик на межфазной границе так, чтобы онбыл погружен в воду на глубину 2–3 мм.
При этом уровни менисков вкапилляре и измерительной ячейке должны совпадать;•с помощью микроманометра измеряют значение h.Межфазное натяжение рассчитывают по формуле (17). Данные заносят втаблицу 1.5. Аналогично проводят измерения для второй неполярной жидкости.Таблица 1. Результаты эксперимента.Исследуемая системаh, ммσ, мДж/м2Эталонная жидкость – вода (насм.таблицу 3границе с воздухом)ПриложенияНеполярная жидкость 1(на границе с воздухом)Неполярная жидкость 2(на границе с воздухом)Вода – неполярная жидкость 1Вода – неполярная жидкость 2Обработка полученных результатов1. Для исследованных жидкостей рассчитать значения работы когезии WК =2σ (где σ – поверхностное натяжение данной жидкости на границе с воздухом).172.
Для границ раздела фаз жидкость – жидкость рассчитать значенияработы адгезии WА = σ1 + σ2 – σ12 (где σ1 и σ2 – поверхностное натяжение,соответственно, воды и неполярной жидкости на границе с воздухом; σ12 –межфазное натяжение на границе раздела неполярная жидкость – вода).3. Рассчитать по правилу Антонова межфазное натяжение для исследованныхжидкостей (σ12 = σ1 – σ2).4.
Сделать вывод о применимости правила Антонова для изученных жидкостей.5. Обосновать возможность использования полученных результатов дляоценки недисперсионной составляющей поверхностного натяжения (σn) воды.Рассчитать значение σn.РАЗДЕЛ 2.АДСОРБЦИЯ ПОВЕРХНОСТНО–АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ (ПАВ)НА ГРАНИЦАХ РАЗДЕЛА ФАЗ.Поверхностное натяжение водных растворов, в зависимости от природырастворённого вещества, может быть как выше, так и ниже поверхностногонатяжения воды.
Вещества, снижающие поверхностное натяжение воды,называются поверхностно-активными (ПАВ). ПАВ - органические вещества сдифильным строением молекул, т.е. состоящие из двух частей: гидрофильной(полярной) и гидрофобной (неполярная углеводородная цепь). Способностьвеществаизменятьповерхностноенатяжениерастворахарактеризуетсяповерхностной активностью:⎛ dσ ⎞.dc ⎟⎠G = lim ⎜ −c→0 ⎝(2.1)Зависимость поверхностного натяжения от концентрации (изотермаповерхностного натяжения) в широком интервале концентраций описываетсяуравнением Шишковского:σ = σ 0 − b ln (1 + Ac ) ,(2.2)где b и A – константы, характеризующие ПАВ, причем b является константойдля всего гомологического ряда, а A - константа, характерная для данного18вещества и возрастающая примерно в три раза при удлинении углеводородногорадикала молекулы ПАВ на одну СН2 группу.Снижение поверхностного натяжения обусловлено адсорбцией ПАВ наповерхностиразделасамопроизвольногораствор/воздух.концентрированияАдсорбциейназываетсярастворённогопроцессвеществавповерхностном слое.
Универсальным термодинамическим соотношением,описывающим адсорбцию, является уравнение Гиббса:Γ=−c dσ.RT dc(2.3)Совместное решение уравнений (2.2) и (2.3) приводит к уравнению:Γ=−которое при условииc dσb Ac,=RT dc RT 1 + Ac(2.4)b= Γ m превращается в известное уравнение Ленгмюра:RTΓ = Γm ⋅Ac,1 + Ac(2.5)где Г m – адсорбция в предельно заполненном слое.Экспериментально определив величину Г m можно оценить площадь s0,занимаемую молекулой ПАВ,s0 =1Гm N A(2.6)δ0 =Γm M,ρ(2.7)и толщину монослоя ПАВ δ0:Адсорбцию ПАВ из водных растворов на твердом адсорбенте можнорассчитать по следующему уравнению:Γ∗ =(c0)− cравн Vm,(2.8)где Г* – адсорбция ПАВ на твердой поверхности, выраженная в моль/г; с0 и сравн– соответственно, начальная и равновесная (после адсорбции) концентрациираствора ПАВ; V – объем раствора; m – масса твердого адсорбента.19Лабораторные работы к разделу 2.Работа 2.1.
Влияние длины цепи поверхностно–активных веществна поверхностное натяжение их водных растворов.Цель работы: определение зависимости поверхностного натяжения отконцентрации водных растворов двух ПАВ из одного гомологического ряда;вычисление констант b и A в уравнении Шишковского и величинповерхностной активности; определение размеров молекул ПАВ; расчетстандартной свободной энергии адсорбции (ΔG°) ПАВ на границе разделараствор – воздух и ее инкремента ΔG°СН2, проверка применимости правилаТраубе.Порядок выполнения работы.1. Тщательно моют 20 колб хромовой смесью и ополаскиваютдистиллированной водой.2. Для двух указанных преподавателем ПАВ, принадлежащих к одномугомологическомуряду,готовятдвесериипо10растворовразнойконцентрации.
Объем каждого раствора – 30 мл. Приготовление растворовосуществляется путем разбавления водой исходного раствора ПАВ известнойконцентрации (раствор № 10) в соответствии с таблицей 1.Таблица1.СоотношениеобъемовраствораПАВиводыдляприготовления исследуемых растворов ПАВ.№ п/п12345678910Объем исходного р–раПАВ, мл12345710152030Объем воды, мл29282726252320151003.
Поверхностное натяжение измеряют методом максимального давленияв пузырьке так же, как описано в лабораторной работе 1.1. В качествеэталонной жидкости используется вода, которую наливают в измерительнуюячейку и помещают в сосуд с термостатирующей жидкостью. С помощьютермометра фиксируют температуру в сосуде. Измеряют высоту поднятия20манометрической жидкости hэ, соответствующую максимальному давлению впузырьке. Значение поверхностного натяжения эталонной жидкости – воды σэпри температуре опыта берут из таблицы 3 Приложения.4. Выливают эталонную жидкость.
Ополоснув измерительную ячейку икапилляр самым разбавленным раствором ПАВ, заливают его в ячейку.Измеряют высоту поднятия манометрической жидкости h (записывают втаблицу 2).5. Аналогично получают значения h для всех исследуемых растворовПАВ, переходя к растворам все более высоких концентраций. Данные заносят втаблицу 2.6. Значения σ растворов ПАВ рассчитывают по формуле σ = σ эhи такжеhэзаносят их в таблицу 2.Таблица 2. Результаты эксперимента.с, Мlnс [М]h, ммЭталонная жидкость – водаσ, мДж/м2см.
таблицу 3Приложенияс1...с10Для одного из ПАВ выполняют контрольную задачу: измеряютповерхностное натяжение выданного преподавателем контрольного раствора иопределяют концентрацию по предварительно построенной для этого ПАВизотерме σ(c).21Обработка результатов измерений выполняется с помощью программыMicrosoft Excel. На основе данных, представленных в таблице 2, для каждогоисследованного ПАВ строят изотерму поверхностного натяжения σ(lnc) приданной температуре. В области высоких концентраций выбирают линейныйучасток изотермы σ(lnc) (обычно – это 4–5 точек, соответствующих наиболееконцентрированным растворам). Этот участок хорошо описывается линейнымуравнением σ = C1 – blnc, где C1 и b – числовые коэффициенты.
Известно, чтоуравнениеШишковского(2.2)дляобластибольшихконцентрацийзаписывается в виде :σ=σ0 − b ln ( Ac ) = σ0 − b ln A − b ln c = C1 − b ln c ,(2.8)где C1 = σ0 – blnА; А и b – константы уравнения Шишковского. Значение Арассчитывается из соотношения:⎛ σ0 − C1 ⎞⎟.⎝ b ⎠A = exp ⎜(2.9)Таким образом, примерные значения констант b и А в уравненииШишковского находят из линейного участка изотермы σ(lnc) в областибольших концентраций по уравнениям (2.8) и (2.9), соответственно.Для точного расчета констант b и А поступают следующим образом:1.
В программе Microsoft Excel создать новую таблицус,σ,σр,(σ – σр)2моль/лДж/м2Дж/м2(Дж/м2)2эталоннаяжидкость – вода0табл. 3Приложения–01С1табл. 2№...10...С10ЦелеваяячейкаΣ(σ – σр)2222. Найденные значения b и А заносят в две ячейки (ячейки сварьируемыми параметрами). Далее на их основе рассчитывают по уравнениюШишковского (ур. 2.2) значения поверхностного натяжения σр.3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
