лаб по коллоид. хим. 5

Последовательность выполнения работы

1. Из исходного водного раствора олеата натрия С₁₇Н₃₃СООNa с концентрацией 1.00 г/л и дистиллированной воды готовят не менее шести разбавлений до наименьшей концентрации  0.1 ммоль/л. Например, может быть использована следующая схема:

объём исходного раствора олеата натрия, мл:	50	50	30	15	10	5
объём добавляемой воды, мл:	-	50	70	85	90	95
концентрация приготовленного раствора, г/л:	1	0.5	0.3	0.177	0.1	0.05

Предварительно необходимо убедиться, что температура растворов одинакова с точностью до 1 °С. Температуру растворов Т, а так же объём сталагмометра V, записывают в лабораторный журнал. (Если преподавателем или лаборантом не указано иначе, объём V следует принять 1.103 см³)

2. В сосуд (стаканчик или колбу), служащий приёмником жидкости, вытекающей из сталагмометра, наливают около 10 мл очередного раствора и опускают в него сталагмометр так, чтобы его нижний кончик был лишь немного выше уровня жидкости и много ниже краёв сосуда. Оставляют установку в таком виде на 5-10 минут для установления приблизительного равновесия жидкость/пар над поверхностью раствора.

3. Подняв приёмник так, чтобы кончик сталагмометра погрузился в исследуемый раствор, заполняют сталагмометр раствором выше верхней метки с помощью груши или вакуумного насоса. Отсоединяют грушу (или насос) и опускают приёмник. Когда мениск жидкости достигает верхней метки, начинают счёт числа капель и прекращают его, когда мениск жидкости достигает нижней метки. Число капель n записывают .

Скорость истечения жидкости должна составлять не более 1 капли в минуту. Если скорость оказывается больше, её регулируют, периодически закрывая и открывая вручную доступ воздуха в верхний конец капиллярной трубки.

4. Измерения начинают с дистиллированной воды и продолжают в порядке увеличения концентрации ПАВ, повторяя их по пп. 2 и 3 не менее трёх раз для каждого раствора.

Обработка и оформление результатов

1

Табл. 5.2 (образец) Результаты

сталагмометрических измерений

с , г/л	число капель, n			среднее
	1	2	3
0
…
1.00

. Результаты измерения числа капель n для каждого раствора заносят в таблицу (см. табл. 5.2) и вычисляют средние числа капель.

2

Табл. 5.3 (образец) Вычисление радиуса сталагмометра

i		i	Ri = B/i	i,%
1	–	1		–
2
3
…

Табл. 5.4 (образец) Вычисление поверхностного

натяжения растворов ПАВ

C103, моль/л	lgC	v, см3			, г/см3	, Н/м

. Вычисляют средний объём v₀ капли воды (с = 0) по уравнению 5.13, используя среднее число капель . Вычисляют далее радиус R сталагмометра по алгоритму, данному в табл. 5.1. Значения ₀ и ₀ , необходимые для вычисления коэффициента В, следует найти интерполяцией данных в табл. П4.2 в приложении 4 для фактической температуры измерений. Промежуточные вычисления последовательных приближений  и R удобно вести в отдельной таблице (табл. 5.3). Значения  находят для данного по рис. 5.4. Вычисления продолжают до тех пор, пока последовательные приближения Rⁱ и R^i-1 не станут различаться на величину расхождения  = , меньшую чем 0.5 %. После достижения этой точности, вычисления останавливают и последнее приближение R принимают за окончательное значение.

3. Вычисляют средний объём капли по уравнению 5.13 для каждого раствора ПАВ и соответствующие отношения. Эти значения следует занести в отдельную таблицу (см. табл. 5.4). Находят по рис. 5.4 коэффициенты  для вычисленных значений. С помощью полученных значений v и  вычисляют поверхностное натяжение  по уравнению 5.15. В отношении плотности  растворов ПАВ, входящей в уравнение 5.15, следует учесть, что при концентрациях менее 0.1 г/л она практически равна плотности воды при данной температуре (приложение 4, табл. П4.3)

4. Строят график зависимости  от концентрации. Следует пользоваться молярной концентрацией, поскольку именно в этой шкале принято сравнивать величины ККМ разных ПАВ. Обычно график имеет точку излома или изгиба при ККМ (рис. 5.5), которая бывает видна более отчетливо, когда в качестве переменной по оси абсцисс откладывается логарифм концентрации. Если, тем не менее, излом на полученной кривой не достаточно отчётлив, следует использовать графический способ, показанный на рис. 5.5: находят два приблизительно линейных участка на кривой и строят к ним касательные, абсцисса пересечения которых представляет искомое значение ККМ (логарифма ККМ, если использована логарифмическая шкала).

5. В качестве вывода из работы указать значение ККМ в молярной и весовой (г/л) шкалах концентрации.

Контрольные вопросы

1. Что называется дифильностью молекул ? Как классифицируются дифильные ПАВ ?

2. Какие особые свойства имеют растворы дифильных ПАВ в сравнении с растворами других веществ ?

3. Что называется критической концентрацией мицеллообразования ?

4. Что является движущей силой мицеллообразования ?

5. Какие существуют теоретические объяснения ККМ ?

6. Какую величину ККМ имеют большинство коллоидных ПАВ ? Какие факторы на неё влияют ?

7. Какие экспериментальные методы применяются для определения ККМ ?

8. Как зависит электрическая проводность растворов дифильных ПАВ от концентрации ? Отличается ли эта зависимость от того, что известно для обычных электролитов ?

9. Как зависит поверхностное натяжение растворов дифильных ПАВ от концентрации ? Чем отличается эта зависимость от той, что известна для обычных ПАВ, например для водных растворов бутилового спирта ?

10. Что называется сталагмометром ? Опишите принцип сталагмометрического определения поверхностного натяжения.

11. От чего зависит вес капли, отрывающейся от кончика сталагмометра ?

12. От чего зависит точность определения  сталагмометрическим методом ? Что является важным в этом методе для получения правильных результатов ?

13. Почему поверхностное натяжение не изменяется при увеличении концентрации ПАВ выше ККМ ?

14. Какую роль играет внутренний диаметр капилляра в методе сталагмометрического измерения  ? Влияет ли он на вес капли, отрывающейся от кончика трубки сталагмометра ?

15. Какой вид имеет уравнение Лэнгмюра для адсорбции ПАВ в областях концентраций меньше ККМ и больше ККМ ?

Литература

Зимон А.Д., Балакирев А.А., Дехтяренко Н.Г., Бабак В.Г., Аксёнов В.Н. Коллоидная химия. Лабораторный практикум. Часть 1. М: ВЗИПП 1986, Лаб. работа 5.

Berthod A. Structures physico-chimiques des milieux disperses, micelles, emulsions et microemulsions. Journal de chimie physique 1983, vol. 80, p. 407-424 (о ККМ).

Адамсон А. Физическая химия поверхностей. (пер. с англ.) М: Мир 1979, Глава 1 (об определении ), Глава 11 (о ККМ).

Dickinson E., Stainsby G. Colloids in food. L: Applied Science 1982, Chapter 4 (о ККМ).

Мелвин-Хьюз Э.А. Физическая химия. Том 2. (пер. с англ.) М: Издатинлит 1962, Глава 19 (об определении ).

Micelles, membranes, microemulsions, and monolayers. (Ed. W.M. Gelbart, A. Ben-Shaul, D. Roux) N.Y.: Springer-Verlag, 1994, Chapter 1 (рисунок 5.2)

Harkins W.D., Brown F.E. The determination of surface tension (free surface energy), and the weight of falling drop. Journal of the American Chemical Society 1919, vol. 41, 499-524 (эксперимнтальные точки для рис. 5.4)

Бовкун О.П., Маркина З.Н., Гракова Т.С. Определение критической концентрации мицеллообразования водных растворов мыл с добавками диоксана, метилового спирта и этиленгликоля. Коллоидный журнал 1970, том 32, 327-332 (эксперимнтальные точки для рис. 5.5)

Рис. 5.1 (а, б) Распределение растворенного вещества между ассоциированными молекулами (, в долях единицы) и неассоциированными молекулами (1–) при некоторых произвольных значениях констант равновесий. (мМ – ммоль/л) (в) – зависимость абсолютных концентраций ассоциированных и неассоциированных молекул ПАВ от общей концентрации С при n = 100.

Рис. 5.2 Зависимость некоторых свойств  от концентрации типичного ПАВ (додецилсульфата натрия) вблизи ККМ

Рис. 5.3 Схематическое изображение капли, вытекающей из кончика капиллярной трубки. Кончик находится в стеклянном приёмнике над поверхностью жидкости, которую наливают за некоторое время до начала капания из трубки.

Рис. 5.4 Поправочный коэффициент  как функция отношения . При  0.3 следует пользоваться рис (а), при  0.3 – рис. (б )

Рис. 5.5 (образец) Изменение поверхностного натяжения в интервале концентраций, охватывающем ККМ. Показаны элементы графических построений, которые могут быть полезны для более надёжного определения этой точки.

 внешняя окружность конца сталагмометра должна быть очень гладкой. Поэтому её подвергают периодической шлифовке.