Работа10. Изучение адсорбции поверхностно-активного вещества (пав) на границе воздух-раствор.

В данной работе измерение поверхностного натяжения жидкости осуществляется по методу Ребиндера.

Прибор для определения поверхностного натяжения показан на рис.5.4.

Рис.5.4

Трубка 1, вставленная через пробку в пробирку с исследуемой жидкостью, оканчивается капилляром К, который погружается в жидкость не более чем на 1 мм. Пробирка 2 имеет нижнюю трубку с зажимом 7 и боковую трубку, соединяющую ее с манометром 3 и аспиратором 4. Манометр заполнен дистиллированной водой.

Выпуская воду из аспиратора 4 через зажим 5 в стакан 6, уменьшают давление над поверхностью исследуемой жидкости Р₂по сравнению с атмосферным Р₁за счет увеличения объема, занятого воздухом в герметичной системе. Разряжение в трубках вызывает продавливание воздуха через трубку 1, который в виде пузырьков выходит из конца капилляра К, опущенного в жидкость. Скорость образования пузырьков регулируется зажимом 5.

Если через капилляр с известным радиусом r, погруженный на небольшую глубину в исследуемую жидкость, подавать воздух, то давление в капилляре постепенно увеличивается до тех пор, пока пузырек воздуха, образующейся у конца капилляра, не примет форму полусферы. После этого для отрыва пузырька уже не требуется дальнейшего увеличения давления. Сила, способствующая образованию пузырька, пропорциональна давлению, а сила, препятствующая его образованию, пропорциональна поверхностному натяжению σ.

Разность внешнего Р₁и внутреннего Р₂ давлений пропорциональна поверхностному натяжению жидкости:

Р=Р₁-Р₂=2σ/r

где r- радиус капилляра.

Для двух жидкостей с различными значениями поверхностного натяжения, например, для растворителя H₂Oи раствора

σ₀=rP₀/2и σ =rP/2,откуда P₀/P=σ₀/σ

или σ =σ₀Р/Р₀(5.6)

где σ₀и σ – поверхностное натяжение двух разных жидкостей ( растворителя и раствора), Р₀и Р – соответствующие им избытки давления над внешним давлением при образовании пузырька. Если известно значение поверхностного натяжения одной из жидкостей, то по формуле (5.6) можно определить величину σ для другой.

В лабораторной работе определение поверхностного натяжения раствора проводится методом сравненияи его величина рассчитывается по формуле (5.6). В качестве жидкости с известным поверхностным натяжением берется дистиллированная вода. Зависимость поверхностного натяжения воды от температуры приведена в таблице 7 приложения.

Цель работы:По результатам определения поверхностного натяжения раствора ПАВ построить изотерму адсорбции ПАВ на поверхности воды.

Порядок выполнения работы:

1. Получить у лаборанта прибор для определения поверхностного натяжения. Проверить уровень воды в манометре, а также достаточно ли плотно закрываются пробками пробирки 2 и аспиратор 4. Уровень воды в манометре должен составлять половину от его высоты, в воде не должно быть пузырьков воздуха, а в соединительной трубке капель воды. Приготовить рабочие растворы.

2. Закрепить прибор в штативе, промыть пробирку 2 и трубку с капилляром 1 дистиллированной водой.

3. Залить дистиллированную воду в аспиратор 4 и плотнозакрыть его пробкой. Дистиллированную воду залить также в пробирку 2 так, чтобы при погружении в воду конец капилляра находилсяна глубине не более 1 мм. При этом пробка должнаплотнозакрывать пробирку.

4. При медленном выливании воды из аспиратора 4 через зажим 5 на конце капилляра образуются и проскакивают через жидкость пузырьки. В этот момент разность Р между атмосферным давлением и давлением внутри прибора максимальна.

Определить максимальный h_maxи минимальныйh_minуровень воды в коленах манометра при проскоке пузырька через жидкость. Измерения провести не менее трех раз и записать в таблицу 5.2.

Найти средние значения h _maxиh_minи максимальную разность давлений по формуле

Р мм вод. ст.=h_max-h_min

Таблица 5.2.

Зависимость поверхностного натяжения от концентрации растворов ПАВ.

Температура опыта………. ⁰С.

С, моль/л	h1, мм	h2, мм	P, мм вод. ст.	σ, дн/см
0	1 2 3
0.05	1 2 3
0.1	1 2 3
0.2	1 2 3
0.3	1 2 3
0.5	1 2 3

5.Через нижнюю трубку вылить воду из пробирки 2, выдуть воду из капилляра и осушить его с помощью фильтровальной бумаги. Промыть пробирку 2 и капилляр исследуемым раствором, заполнить пробирку 2 исследуемым раствором и измерить давление Р, как указано в п.п.3,4.

Концентрации растворов ПАВ, поверхностные натяжения которых надо определить, указаны в табл.5.2.Измерения начинать с наиболее разбавленного раствора. При переходе к новому раствору пробирку с капилляром несколько раз промыть этим раствором.

6. По формуле (5.6) рассчитать поверхностное натяжение растворов ПАВ.

7. По данным табл.5.2 построить изотерму поверхностного натяжения- зависимостьσ - С в масштабе, удобном для графического дифференцирования.

8.Из изотерм поверхностного натяжения рассчитать величины поверхностных активностейdσ/ dC. Как видно из рис.5.5, методикаграфического дифференцирования состоит в следующем: при каждой концентрации ПАВ С выбирают отрезок (справа и слева от С равноотстоящие значения) и находят тангенс угла наклона прямой, считая, что в узком интервале концентрацийdσ/dC = Δσ/ ΔС.

В случае ПАВ поверхностные активности имеют отрицательные значения.

Таблица 5.3

Зависимость адсорбции от концентрации ПАВ в растворе.

С,моль/л моммммммоль/моль/л	Δσ/ΔС	Г, моль/см2
0,05
0,1
0,2
0,3
0,5

9. Рассчитать величину адсорбции ПАВ, по формуле (5.7)

(5.7)

где R = 8,31 10⁷эрг/моль град,Т - температура в градусах Кельвина, С - концентрация раствора в моль/л.

Значения Г записываются в табл.5.3, по данным которой строят изотерму адсорбции - зависимость Г от концентрации ПАВ.