Лабораторная работа №1 Определение поверхностного натяжения растворов поверхностно-активных веществ методом наибольшего давления в пузырьках газа.

Цель работы: Изучить зависимость поверхностного натяжения и величины адсорбции растворов поверхностно-активных веществ (ПАВ) от их концентрации (С_пав) и температуры (t°).

Задание:

1. Ознакомиться с устройством и принципом действия прибора академика Ребиндера П.А.

2. Определить константу прибора по дистиллированной воде при заданной температуре воды (при 20°С σ^t_воды составляет 72.75 мДж/м²)

3. Рассчитать величину поверхностного натяжения растворов ПАВ при варьируемых концентрациях (по заданию преподавателя)

4. Построить графические зависимости σ =f (С_пав) и Г=f (С_пав)

5. Определить критическое поверхностное натяжение (σ_кр) и критическую концентрацию мицеллообразования (ККМ)

Ход проведения работы:

Работа с прибором академика Ребиндера П.А.(рис.1):

Рис. 1. Схема прибора академика

Ребиндера П.А.

Сосуд 4 аккуратно заполнить дистиллированной водой и закрыть пробкой с капилляром 3. Необходимо, чтобы капилляр не погружался в воду, а только касался поверхности. Открыть кран 1, выпустив воду из эжектора 2, далее кран закрыть. Проверив герметичность установки с помощью манометра 5, приступить к проведению эксперимента, используя емкость для сбора дистиллированной воды 6. Для этого необходимо открыть кран и выпускать воду из эжектора по каплям. Будет наблюдаться образование пузырьков воздуха и их отрыв вследствие разности атмосферного давления и давления на конце капилляра. Высоту H необходимо найти, суммируя показания левого и правого колен манометра, снимая показания не менее 5 раз, отсоединяя сосуд с капилляром от манометра после каждого измерения.

Поверхностное натяжение дистиллированной воды (σ_воды) при данной температуре в условиях эксперимента определить по графической зависимости (рис.2):

Рис. 2. Зависимость поверхностного натяжения воды от температуры

Данные эксперимента по определению константы прибора представить в табл.1:

Таблица 1

Номер измерений	Показания манометра, мм водн.ст.			ΔPо, Н/м2 (среднее)	К, м
	hл	hпр	H=hл+hпр
1 2 3 4 5

Найти Н среднее и ΔP_о, учитывая, что 1 мм водн.ст. равен 10,133 Н/м².

Константу прибора рассчитать по формуле:

К= σ ^t _воды / ΔP_о (1)

После расчёта константы капилляра, последовательно разбавив раствор ПАВ с заданной исходной концентрацией, получить ещё 5 растворов: взять 5 колб и пронумеровать их, пипеткой заполнить каждую дистиллированной водой по 25 мл. Отобрать 25 мл исходного раствора и вылить его в колбу №5 содержащую 25 мл дистиллированной воды, получив новый раствор с концентрацией в два раза меньше заданной исходной. Далее из колбы №5 перенести 25 мл приготовленного раствора в колбу №4 с дистиллированной водой и т.д. до получения 6 растворов, включая исходный раствор ПАВ. Определить высоту Н для всех 6 растворов, начиная эксперимент с самого разбавленного.

Экспериментальные данные по определению зависимости поверхностного натяжения (σ) растворов ПАВ от их концентрации представить в табл.2:

Таблица 2

№	СПАВ, кмоль/м3	Показания манометра, мм водн.ст.			ΔP, Н/м2	σi, мДж/м2
		hл	hпр	H=hл+hпр
1 2 3 4 5 6

Поверхностное натяжение растворов ПАВ рассчитать по формуле:

σ_i = ΔP·К (2)

Зависимость σ от С_пав представить следующим образом (рис.3):

Рис. 3. Зависимость поверхностного натяжения (1) и величины гиббсовской адсорбции (2) растворов ПАВ

от их концентрации

Далее по графику 1 на рис.3 нужно определить значения А для расчета величины гиббсовской адсорбции Г. Для этого на кривой строят касательные в точках, соответствующих концентрациям С₁, С₂, С₃ и С₄, продолжают их до пересечения с осью ординат и проводят из точек прямые, параллельные оси абсцисс. Получив необходимые отрезки (А_x) из графика в масштабе поверхностного натяжения рассчитать значения удельной адсорбции по формуле:

Г = А/(R∙T) (3)

где R - газовая постоянная 8.314, Дж/(моль∙К)

Т – температура, К

Результаты расчетов внести в табл.3:

Таблица 3

СПАВ, кмоль/м3	А, мДж/м2 (из графика)	Г, кмоль/м2
С1 С2 С3 С4

После заполнения таблицы построить графическую зависимость величины Г от С_ПАВ как показано на рис.3.

Форма отчёта:

1. Заполнить табл. 1 и 2

2. Представить графическую зависимость σ = f (С_пав)

3. По графику определить критическое поверхностное натяжение (σ_кр) и критическую концентрацию мицеллообразования (ККМ)

4. По графику определить значения отрезков А

5. Заполнить табл.3

6. Представить графическую зависимость Г = f (С_пав)

7. Записать основные выводы по работе