Лабораторная работа № 21. Адсорбция на границе жидкость – газ. Влияние жирных кислот на поверхностное натяжение воды.

Цель работы:

1. Изучить поверхностное натяжение водных растворов жирных кислот (уксусной, валериановой и др.)

2. Построить графики зависимости изотермы поверхностного натяжения и адсорбции от концентрации кислоты.

Приборы и посуда:

1. Установка для определения поверхностного натяжения сталагмометрическим методом.

Реактивы и материалы:

1. Исследуемая жидкость.

Явление адсорбции растворенного вещества на границе жидкость – газ обусловлено понижением свободной энергии поверхности жидкости. Величина свободной поверхностной энергии F_S выражается уравнением:

F_S = σ · S, (1)

где: σ – свободная энергия единицы поверхности (1 см²) или поверхностное натяжение; S – площадь поверхностного раздела фаз.

Термодинамика утверждает, что самопроизвольные процессы идут только в сторону уменьшения свободной энергии. В чистых жидкостях, где σ = const, это уменьшение произойти только за счет сокращения поверхности. В растворах возможен и второй путь уменьшения F_S – перераспределение растворенного вещества между внутренней областью и поверхностным слоем в результате чего происходит уменьшение поверхностного натяжения, а следовательно, и понижение свободной энергии.

Влияние жирных кислот на поверхностное натяжение воды

П

Рис.19. Схема установки для определения поверхностного натяжения сталагмометрическим методом.

оверхностное натяжение можно измерять методом счета капель (метод сталагмометра). Он основан на том, что вес капли, отрывающейся под действием силы тяжести от кончика капилляра (рис. 19), будет тем больше, чем больше поверхностное натяжение жидкости на границе с воздухом. Таким образом, число капельn, полученное при вытекании жидкости объемомV, является мерой поверхностного натяжения данной жидкости. Чем меньше число капель, составляющих объем, тем больше поверхностное натяжениеσ_хданной жидкости.

Вес отрываемой капли Р пропорционален силе поверхностного натяжения, удерживающей каплю, т.е.:

Р = 2πrσ. (2)

С другой стороны, вес капли Р = , (3)

где: V – объем сталагмометра; ρ – плотность жидкости; g – ускорение свободного падения; n – число капель.

Таким образом, зная r капилляра сталагмометра, рассчитывают σ. Если r неизвестен, то σ определяют относительным методом, используя жидкость с известным σ.

Подсчитав число капель чистой воды n₀ и число капель исследуемой жидкости n_х, вытекающей из сталагмометра, можно найти σ_х:

σ_х = σ₀ · , (4)

где ρ_х – плотность исследуемой жидкости; σ₀ = 72, 56 эрг/см² при 20 º С.

Методика выполнения работы

Для выполнения работы сталагмометр закрепляют в штативе, следя за тем, чтобы нижняя площадка находилась в горизонтальной плоскости. Наливают жидкость при помощи пипетки выше верхней метки. Затем считают число капель жидкости из объема от верхней до нижней метки. Для исследования брать растворы жирных кислот разной концентрации (приготовить из более концентрированных растворов методом разбавления).

Для каждой концентрации опыт повторить 3–4 раза и взять среднее значение.

Поверхностное натяжение рассчитать по формуле (4). Данные занести в табл. I (см. форму отчета).