лаб по коллоид. хим. 3

Табл.3.2 (образец) Анализ изотермы поверхностного натяжения

№	C,	Z,	,	1/C,	1/
	моль/л	мН/м	моль/м2	л/моль	м2/моль
1
2
3
4
5

3. С помощью построенных касательных определяют адсорбцию Г. Входящая в уравнение Гиббса (3.6а) производная –d/dC для каждой из выбранных концентраций равна коэффициенту наклона соответствующей касательной (отношение сторон треугольника СВ/ВА на рис. 3.8), а произведение –Сd/dC равно произведению этого коэффициента на данную концентрацию, то есть произведению (СВ/ВА)×ВА = СВ. Если отрезок СВ обозначить Z, уравнение Гиббса можно переписать в виде

(3.15)

Таким образом, для нахождения Г следует определить отрезки Z для каждой из касательных и вычислить Г по уравнению (3.15). Результаты занести в таблицу.

4. Из полученных данных находят предельную адсорбцию Г_, как параметр уравнения Лэнгмюра (3.7). Для этого уравнение Лэнгмюра следует представить в линейном виде (3.7а), из которого можно определить величину, обратную Г_, экстраполяцией зависимости Г^–1 от С^–1 к С^–1 = 0 (то есть к С = ). Для этого следует вычислить обратные величины Г и С (в табл. 3.2) и использовать два метода: графический метод (см. рис. 3.9) и вычислительный метод наименьших квадратов (приложение П3.2).

5. С помощью найденного значения Г_ вычислить площадь s₀, занимаемую одной молекулой в адсорбционном слое, по уравнению (3.8), толщину адсорбционного слоя  по уравнению (3.9). Плотность н-бутилового спирта можно найти из интерполяционного уравнения для температур, близких к комнатной:

 (г/cм³) = 0.8239 – 0.69910^–3T – 0.3210^–6T² (3.16)

где Т – температура в °С.

6. Вычислить теоретическую толщину мономолекулярного слоя для н-бутанола по уравнению 3.10а, и сравнить результат вычисления с экспериментальным значением , а также сравнить экспериментальное значение s_о с теоретической оценкой s_о по уравнению 3.11. Для объективного сравнения рекомендуется применить метод, описанный в приложении 3.3. Сделать вывод о согласии или несогласии результатов работы с гипотезой мономолекулярной адсорбции спиртов.

Контрольные вопросы

1. Что называется адсорбцией и что является количественной мерой адсорбции ?

2. Что называется поверхностным натяжением раствора ? В каких единицах измерения выражают численные значения  ?

3. Как связана адсорбция из раствора с поверхностным натяжением раствора ?

4. Какие вещества повышают и какие понижают поверхностное натяжение водных растворов ? Как объяснить это различие с помощью адсорбции ?

5. Что можно сказать о зависимости  от концентрации и о величинах адсорбции компонент в системе раствор воды в спирте/воздух ? Каким компонентом обогащён поверхностный слой, уменьшается или увеличивается  с увеличением концентрации воды ?

6. Как формулируется правило Траубе ? Какой вывод можно сделать из него о зависимости избыточной поверхностной концентрации Г от строения молекулы ПАВ ?

7. Что называется мономолекулярным адсорбционным слоем ? Какие параметры используются для его характеристики ?

8. В чём заключаются основные стадии лабораторной работы ?

9. Какие методы применяются для измерения поверхностного натяжения ?

10. В чем заключается метод наибольшего давления пузырька ? Опишите принципиальное устройство прибора для измерения  этим методом.

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 3.

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

Адамсон А. Физическая химия поверхностей. (пер. с англ.) М: Мир 1979, Главы 1 и 2.

Джейкок М, Парфит Г. Химия поверхностей раздела фаз. (пер. с англ.) М: Мир 1984, Главы 2 и 3.

IUPAC, Division of Physical Chemistry. Manual of symbols and terminology for physico-chemical quantities and units. Pure and Applied Chemistry 1972, vol. 31, 577-638 (дефиниции терминов и понятий в термодинамике адсорбции)

Nakagaki M., Yamamoto M. The theory of the adsorption monolayer with lateral intermolecular interactions and its application to aqueous alcohol solutions. Bulletin of the Chemical Society of Japan 1977, vol. 50, 873-878. (параметры мономолекулярных слоёв низкомолекулярных спиртов)

Posner A.M., Anderson J.R., Alexander A.E. The surface tension and surface potential of aqueous solutions of normal aliphatic alcohols. Journal of Colloid Science 1952, vol. 7, 623-640 (экспериментальные точки для рис. 3.8)

Landolt-Börnstein. Physikalisch-chemische Tabellen. Berlin etc: Springer-Verlag 1927-1976 (уравнение 3.16)

Рис. 3.1 Изменение свойства Y (например, плотности) в пространстве между контактирующими фазами  и . Непрерывная линия показывает реальное изменение Y. Пунктирные линии показывают изменение Y в классической термодинамической модели, причем вертикальная линия А–А' отвечает произвольно выбранной математической поверхности раздела фаз.

Рис. 3.2 Типичные изотермы поверхностного натяжения водных растворов. (а) раствор хлорида натрия при 20 °С; (б) раствор этилового спирта при 25 °С; (в) раствор лаурилсульфата натрия (приблизительная кривая). При сравнении кривых следует обратить внимание на различие концентраций по осям абсцисс.

Рис. 3.3 Ориетация молекулы С₂Н₅ОН

Рис. 3.4 Иллюстрация понятий (а) мономолекулярная адсорбция, (б) полимолекулярная адсорбция, (в) предельная мономолякулярная адсорбция (насыщенный мономолекулярный слой).

Рис. 3.5 Последовательность химических связей в молекуле спирта (на примере н-гептанола) используемая для вычисления длины и "толщины" молекулы. а) Плоская модель с линейной последовательностью связей, б) модель, учитывающая валентные углы связей вдоль длины, в) элемент структуры, иллюстрирующий эффективную "толщину" молекулы в жидком состоянии

Рис. 3.6 Образование пузырька воздуха на конце капиллярной трубки, погруженной в жидкость.

Рис. 3.7 Экспериментальная установка для измерения наибольшего давления в пузырьках. 1 – пробирка с раствором ПАВ, 2- капиллярная трубка с пробкой, 3 – резиновая трубка, 4 – запорный микровинт, 5 – U-образный манометр

Рис. 3.8 Изотерма поверхностного натяжения водных растворов н-бутанола (Т = 12 °С). Показано графическое построение для одной произвольно выбранной концентрации, с помощью которого получают величину Z (отрезок СВ в единицах измерения оси ординат).

Рис. 3.9 Пример графической экстраполяции для нахождения обратной величины предельной адсорбции. (Точки на графике соответствуют кривой на рис. 3.8)