- •Ответы на вопросы
- •1. Что такое поверхностное натяжение и в каких единицах оно измеряется? Каковы причины его возникновения?
- •6. Какие вещества называются поверхностно-активными каково строение их молекул?
- •Ответы на вопросы
- •1. Дайте определение понятиям: адсорбция, адсорбент, адсорбтив, адсорбат.
- •2. В чем заключаются особенности адсорбции на границе раздела фаз твердое тело–жидкость?
- •3. Что такое удельная поверхность, какие способы определения ее вы знаете?
Ответы на вопросы
1. Что такое поверхностное натяжение и в каких единицах оно измеряется? Каковы причины его возникновения?
Поверхностное натяжение — термодинамическая характеристика поверх-ности раздела двух находящихся в равновесии фаз, определяемая работой обратимого изотермокинетического образования единицы площади этой поверхности раздела при условии, что температура, объём системы и химические потенциалы всех компонентов в обеих фазах остаются постоянными.
Поверхностное натяжение имеет двойной физический смысл — энергетический (термодинамический) и силовой (механический). Энергетическое (термодинамическое) определение: поверхностное натяжение — это удельная работа увеличения поверхности при её растяжении при условии постоянства температуры. Силовое (механическое) определение: поверхностное натяжение — это сила, действующая на единицу длины линии, которая ограничивает поверхность жидкости.
Сила поверхностного натяжения направлена по касательной к поверхности жидкости, перпендикулярно к участку контура, на который она действует и пропорциональна длине этого участка. Коэффициент пропорциональности — сила, приходящаяся на единицу длины контура — называется коэффициентом поверхностного натяжения. Он измеряется в ньютонах на метр. Но более правильно дать определение поверхностному натяжению, как энергии (Дж) на разрыв единицы поверхности (м²). В этом случае появляется ясный физический смысл понятия поверхностного натяжения.
Измеряется в Дж/м2.
2. Как зависит поверхностное натяжение от природы вещества образующего поверхность?
Поверхностное натяжение зависит от природы жидкости, т.е. от сил притяжения между молекулами данной жидкости и от температуры (с увеличением температуры поверхностное натяжение уменьшается).
3. Как и почему зависит поверхностное натяжение от температуры? Что называется критической температурой кипения?
С увеличением температуры величина поверхностного натяжения уменьшается и равна нулю при критической температуре. Наиболее известная эмпирическая зависимость поверхностного натяжения от температуры была предложена Лорандом Этвёшом, так называемое правило Этвёша(англ. Eötvös rule). В настоящее время получен вывод теоретической зависимости поверхностного натяжения от температуры в области до критических температур, подтверждающей правило Этвёша
4. Какие методы используются для определения поверхностного натяжения жидкостей и твердых тел? На чем основано измерение поверхностного натяжения жидкостей методом наибольшего давления пузырька воздуха?
Способы определения поверхностного натяжения делятся на статические и динамические. В статических методах поверхностное натяжение определяется у сформировавшейся поверхности, находящейся в равновесии. Динамические методы связаны с разрушением поверхностного слоя. В случае измерения поверхностного натяжения растворов (особенно полимеров или ПАВ) следует пользоваться статическими методами. В ряде случаев равновесие на поверхности может наступать в течение нескольких часов (например, в случае концентрированных растворов полимеров с высокой вязкостью). Динамические методы могут быть применены для определения равновесного поверхностного натяжения и динамического поверхностного натяжения. Например, для раствора мыла после перемешивания поверхностное натяжение 58 мДж/м², а после отстаивания — 35 мДж/м² . То есть поверхностное натяжение меняется. До установления равновесного оно будет динамическое.
Статические методы:
-
Метод поднятия в капилляре
-
Метод Вильгельми
-
Метод лежачей капли
-
Метод определения по форме висячей капли.
-
Метод вращающейся капли
Динамические методы:
-
Метод дю Нуи (метод отрыва кольца).
-
Сталагмометрический, или метод счета капель.
-
Метод максимального давления пузырька.
-
Метод осциллирующей струи
-
Метод стоячих волн
-
Метод бегущих волн
5. Что называется адсорбцией и как её количественно характеризуют? Напишите фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса и дайте определение избыточной адсорбции (Г).
Адсорбция — увеличение концентрации растворенного вещества у поверхности раздела двух фаз (твердая фаза-жидкость, конденсированная фаза - газ) вследствие нескомпенсированности сил межмолекулярного взаимодействия на разделе фаз. Адсорбция является частным случаем сорбции, процесс, обратный адсорбции – десорбция.
Физическая адсорбция является самопроизвольным процессом, идущим с уменьшением свободной поверхностной энергии и описывается уравнением Гиббса: Гi = — (dσ/dμi)т, где Гi — избыток компонента i в поверхностном слое по сравнению с его равновесной концентрацией в объемной фазе; σ — поверхностное натяжение; μi — химический потенциал i-го компонента; Т — температура. Физическая адсорбция из растворов может быть положительной (при которой поглощается растворенное вещество) или отрицательной (поглощается растворитель). Положительно адсорбирующиеся вещества, вызывающие понижение поверхностного натяжения, называются поверхностно-активными (ПАВ), а отрицательно — поверхностно-инактивными (ПИВ).
Величина избыточной адсорбции Гиббса рассчитывалась по формуле:
Г= [(с-ср)V]/m
где Г – избыточная адсорбция Гиббса, ммоль/г; с – исходная концентрация диметиламина, ммоль/дм3; ср – равновесная концентрация диметиламина, ммоль/дм3; V – объем исследуемого раствора, дм3; m – масса навески адсорбента , г.