физическая_и_коллоидная_химия

АдсорбцияпоГиббсу

–этоизбытокадсорбатав

адсорбционномслое,выражаетсямоль/см

2. Количественно

связьмеждувеличадсорбцииизменениемной

d σ/ dC

поверхннатяженияскостнценрасоготворарацией

дается адсорбционнымуравнениемГиббса

(1878г.):

длярастворённыхвеществ

(3.2)

дляадсорбциигазовилипаров

(3.3)

где С –объёмнконцентрациярастворённоговеществамоль/,

Р –парциальноедавлениеадсорбирующегосягазаатм.,

К –

универсальнаягазповаясто

яннаяравная8,31

107эрг моль-1 град-1,

Т –абсолютнтемпературавК, я

-поверхностная

активность характер( способностьвеществаизуетменять

поверхностноенатяжение)

.

Зависимостьадсорбции

Готравнконцевеснойтрации

С

илидав

ления

Рприпостояннойтемпературеназывается

изотермойадсорбции

.

Всевеществапоихвоздействиюнповерхностное

натяжениеводыможразделитьтриогруппы

рис(.8)

:

1. Поверхностно-активныевеществаПАВ(

)

− понижают

поверхностноенатяжениерастворителя

(σр.р<σ0),

g>0.

Поверхностно-активнымивеществамиявляютсяорган ческие

соедин,молкотореимеюткулыниядифильноесхроение,т..

онисодержатвмолекулаходновременногидрофобную

гидрофильнуюгруппы.В

качестве гидрофобнойгруппыобычно

выступаетугл

еводоррадикал,содержащийный10

–

18

углеродныхатомов,чащевсеголинейногостроения.К

–СООН,

–

гидрофильнымгруппамгуттноситьсягруппы:

СООNа,

–SО 3Nа,

–ОН,

–NН 2 идр.Поэттакиемомулекулы

называются дифильными,т.е.обладающидвойнымсродствои

м

одновременеполярнойис ,и

фазами.

Если

гидрофобныегруппынерастворяютсяводестараются

«оттолкнуться»нее, гидрофигруппы,наобор,легкьныеот

взаимодействуютней.Всвязиэтмолекулыповерхностно

-

активныхвеществраспола

гаютсянаграницеразделафазв(

поверхносслое)такимобразом,ч ном

гидрофильныегруппы

направленыкводеираствореныней,гидрофобные

–

выталкиваютсяизнее.

ДифимоПАВлекулыьные

схематически

нарисункахчащевсегоизображаютвидекругголой

овки

Дифимо,попалекулыьныевво,награницедаяраздела

фазориент

ируютсяполярнымигруппамигидрофильными( )вводу,

анеполярнымиуглеворадгидрофобнымиороднымиикалами( )в

воздух,таккаксродствоих

газообразнойфазойбольше,чемс

водой.Интенсивностьмежмолекулярных

силвгазеневелика,

поэтомугазилипарусло

вномсчитатьжнонеполярнойфазой.

2. Поверхностно-инактивныевеществаПИВ) (

−

незначительнопов

ышаютповерх

ностноенатяжениерастворителя

(σр.р >σ0), g<0неорганиче(

ски,еоснслоты,соли,вания

глицерин,

α-аминокислотыдр).

3.

Рис. 8. Изотермыповерхностного

натяжения

адсорбциирастворов

ПАВ(3),ПНВ(2)и

ПИВ(1)

3. Поверхностно-неактивныевеществаПНВ) (

−

практическинеизменяютповерх

ностногонатяжения

растворителя(

σр.р

=σ0),

g=0поотношению( кводевеществами

являютсясахарозаиряддругих).

ПравиДюкло

–Траубе :в любомгомологрядуприческом

малыхконцентрацияхудлинуглцепироднойоднуиегр ппу

СН2увеличиваетповерхност

нуюактивность3

– 3,5раза:

(3.4)

ОбъяснениеправилаТраубточкизрмолекулярнония

-

кинетической теории,данноеЛенгмюром,позвут ляетчнить

представлениеоструктуре

адсорбционногослоя.

АдсорбировамолекулыПАВпрочноные

вязаныс

водой

полярными,гидрофгруппамильными

–СООН,

–ОН, –NН2,

–СN и

др.а,

углеворадикалыородные

–слабее,идотехпор,пока

концентрациямала,

молекулынаходятсявлежачем« »положении

награницефаз.КэтомуслучаюприменправТраубе,такиломо

какувеличениедлиныуглеводороднойцепимолекулыПАВ

влияетнаповерхностноенатяжение.

Приувеличении

концентрПАВпроисходитсжатиеадсорбционции

ногослоя,

углеводоррадикалыотрываютсяводыдныепринимают

наклонноеположповразделаниерхности

,апримаксимально

возможной адсорбциимолекулырасполагаютсяперпендикулярно

поверхностираздела,

образуятакназываемыйчастокол«»

Ленгмюра. Поэтомуестественнопредп,чтмаксимальнаяложить

адсорбция Г∞,значениекоторнаходитсяй

графическииз

экспериментальных данных,опредимразмерамиляетсянно

полярнойгруппыиадсорбированныйслойприэтом

мономолекулярен.Отсюдаможновычислитьплощадь

So,

приходящполярнуюянаоднугруппувадсорбированномслое:

Толщинаадсорбци

оннслояго

l∞ рассчисходятываетсяз

значения максимальвозможадсорбцииной

Г∞,молярноймассы

М и ρ плотности растворовПАВ:

Поверхностноенатяжениежидкостопредейляют

помощью прибораРебиндера

рис(.9 ).

Рис.9.Прибордляопределенияповерхнос

тнатяженияого

где1 –трубкаскапилляК,котогружаетсявомыйжидкость

неболеечемна1;м2

–пробиркасисследуемойжидкостью,

заканчивающаясязажимом7; 3

–манометр; 4

–аспираторводой;

заканчивающийсязажимом5; 6

–сливнойстакан.

Длядв

ухжидкостейразличнымизначениями

поверхностнатяженсуществуетзависимость:огоя

(3.5)

где σ0 –поверхностноенатяжениеводырастворителя( )дн/см

(Приложение6)

, σ –поверхностноенатяжениедобавл нного

веществаПАВ(,ПИВ,ПН

В)вдн/см,

Р0и Р –соответствующиеим

избыткидавлениянадвнешним

давлениемприпроскокепузырька.

Порядокработы:

1. Поулучитьаборантаприбордляопределения

поверхностногонатяжениясм(.

рис. 9 ).Провери,достаточноь

липлотнозакрываютсяпробкпробирка2спираторми4,

также,хорошолизаполненманометруро( водынёмень

долженсоставлятьтричетвертиотеговыс, воденеты

должнобытьпузырьковвоздуха).

иплотнозакрытьсообиркувставле

ннойвнеётрубкойс

капилляром.Приэтконецдобытьлпогружёнляражен

вводунамм1.

5. Примедленномвылводыиаспирванзчерез4 иажимтора

5убедитьсявтом,чтонаконцекапилляраобразуются

пузырькивоздуха,которыепроскакиваютчерезжидкос

тьв

пробиркеПри2этом.разность

Рмеждуатмосферным

давлениемвнутрипрмаксимальнаембора.

Этиизмеренияпроизвестименее

рёхразизаписатьихв

таблицуИз6этихда. найтисредниеныхзначения

ħ1и ħ2и

максимразностьдавленийльную

Р0поформуле:

Р0 =ħ 1 -ħ 2 ммвод

н.ст.

Р=ħ 1 -ħ 2 ммвод.ст.

Результатыизмерени

йирасчётовзаписатетрадьрабочую

.

8. Испфо:льзрмулуя

(3.6)

где Р0 –давление,полученноедляводы,

σ0 –поверхностноенатяжениеводы,

Р –даврастворалениеяПАВданнойконцентрации,

σрастворовПАВи

определиповерхностныенатяженияь

записатьихзначениявтаблицу5

.

9. Постризотермуп итьверхностнатяженияого

–график

зависимости σраствораПАВоте

гоконцентрации,как

покнриса.в2заномасштабе:поси

σ 10 эрг/см

2 – 5 см,апо

оси С

0,05 моль/

– 1 см.

t =С

°

Таблица5

.

Концентрация

h1, мм

h2, мм

Р,

σ,

ПАВ,

моль л–1

ммвод.ст.

дн/см

0

0,05

0,1

0,2

0,3

0,5

10. Изизотермыповерхностнатяженрассчвеличиныоготатья

поверхностныхактивностей

∆σ/∆С

дляшестиуказанныхв

табликонПАВцеизантрацийписатьолучензначев ныеия

таблицу6.

С,

моль/

Г, моль/см

2

0,05

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

12. ПостризадсорбцииитьтермуПАВнаповерх

ностиводы.

Дляэтого

поосиабсциссотлкожитьнценрастворарацию

С,а поосиординат

–адсорбцию Г.

13. (Поусмотрениюпреподавателя)

Вычислениевеличины

предельноймаксимальной( )адсорбции

-Г max

Предельная (максимальная)адсорбцисоответствполномует

Гmax

насыщениюповерхностногослоя.

Дляопределения

преобразуютуравнениеЛенгмюра:

где Гmax –величинапредельноймаксимальной( )адсорбции,

В

– постоянная,характеризующаясродсорбируемоготво

вещества кповерхностиадсорбента.

:

Разеделимнаиницу

обечастиэтогоуравнения,тогда

3.

Чтоназываетсяповерхностнойактивностью,чтоявляется

еёколичественноймерой?Приведитепримеры

поверхностно-активныхповер ностно

-неактивных

веществ.

4.

Вчёмотлфичзадсорбциихимическойот ?

39

5.

КакориентируютсямолекулыПАВвнасыщенном

адсорбционномслое?

6.

Какиепараизмеряютсяприетрыопределении

поверхностнатяжметодР нДляб?иочегондерам

необхпроводитьпытдистиллированноймоводой?

7.

Какрассчитповерхностноеатводныхяжениеьрастворов

ПАВнаосноваполученныхз ачеии

давлений?

Как

определитьповерхностнуюактисследованныхвность

веществ?

вмолекулах

12. Какиевеществалучшеадсорбинагидрофобнуются

ых

поверхностяхПАВ(илиПИВ)?Почему?Приведите

примерыэтихадсорбант

-адсорбат.

15. ИзобразитеадсорбциюмолекулПАВнаграницеразде

ла

“уголь -вода ”.

натяжениеводы:

C3H7OH, KOH, C6H12O6(фруктоза),

NaCl,

H2SO4, CH3COONa, Na2SO4, HCOOH, C6H12O6(глюкоза).

1. РассчитайтеповерхностнуюактивностьраствораПАВ

Задкра3ботечи

10-10

концентрацией0,075

Мпри298

К,еслиадсорбцияравна7

моль/с

м2 (R=8.31 107 эрг/моль).

2. Рассчитатьвеличинуадсонагрразделаанбцжидкостьце

–

газвраствореконцентрации0,2

моль/притемпературе27

оС,

еслиповерхностнаяактивностьравна(

-50)единиц,

R = 8.31 107 эрг/(моль

К)Указать. ,какомутипу

–

поверхностно-активное,поверхностно

-инактиливное

поверхностно-нейтральное –следурастворённоеотне и

вещество?

2,33 моль/,поверхностноенатяжениераств

ора75,20 Дн/см,

поверхностноенатяжениеводы73,05

Дн/см,

t=18°С.

4. Опретипадсорбцииелитеп астворенииводеац, тона

есликонценацетонавводерация29

г/л,поверхностное

натяжениераствора59,4

Дн/см,поверхностноенатяжение

воды73,49

Дн/см,

t=15°С.

5. Сравнитеповерхностнуюактивностьпропионовмасляной

кислотвводныхрастворахданинтервалеконцентрацийом,

еслиизвестно:

Кислота

С,моль/

σ,Дн/см

пропионовая

0,0312

69,5

0,0625

67,7

масляная

0,0312

65,8

0,0625

60,4

6. Поверхностноенат

яжениеводногора,ствоодержащего

поверхностно-активноевеществоПАВ)(концентрации

0,056 моль/,при293

Кравно4,33

Дн/см.Вычислитевеличину

адсоПАВизрбцииасконцентрациейтвора0,028

моль/при

0,125 моль/до0,250

моль/егоп верхностноенатяжение

снизилось55,1

Дн/смдо 47,9

Дн/см,аураствора

изовалериановойкислоты

–с 43,2

Дн/смдо35,0

Дн/см.