Порядок проведение эксперимента

В сосуд 1 наливают пипеткой 20 см³ дистиллированной воды, устанавливают капиллярный кончик так, чтобы он только касался поверхности жидкости. Аспиратор 8 должен быть заполнен водой. Приоткрывают кран 9 так, чтобы вода выливалась из аспиратора по каплям. При этом в аспираторе и сосуде 1 создается разрежение. За счет разности давлений в капиллярном кончике (атмосферное) и сосуде 1 образуется пузырек воздуха; в момент отрыва пузырька его поверхность максимальна. Степень разрежения и, следовательно, скорость проскакивания пузырьков регулируют посредством крана 9 так, чтобы один пузырек проскакивал через жидкость примерно за 5 секунд; делается не менее трех замеров величины давления и при расчетах используется их средняя арифметическая величина, которая заносится в таблицу. Затем определяют поверхностное натяжение растворов ПАВ. Исходный раствор ПАВ известной концентрации выдается преподавателем.

В сосуд 1 заливают 20 см³ испытуемого раствора 1 и замеряют максимальную разность уровней жидкости в манометре Δh. Для изучения влияния концентрации раствора на величину поверхностного натяжения раствора из сосуда 1 пипеткой отбирают 10 см³ дистиллированной воды. Получают раствор, разведенный в 2 раза, для которого определяют величину Δh₁. В дальнейшем повторяют разведение несколько раз и определяют последовательно: Δh₂ - для раствора, разведенного в 4 раза, Δh₃ - в 8 раз, Δh₄ - в 16 раз. Полученные величины заносят в таблицу 2.

Обработка экспериментальных данных

Зная величины Δh для всех растворов ПАВ, по уравнению (20) рассчитывают поверхностное натяжение исследованных растворов. Используя полученные результаты, строят график зависимости σ = f(c). Так как все измерения проводились при постоянной температуре, полученная кривая носит название изотермы поверхностного натяжения (рисунок 6). Полученная изотерма поверхностного натяжения и уравнение адсорбции Гиббса (9) позволяют графическим методом вычислить величину адсорбции Г и построить изотерму адсорбции Г= f(c).

Таблица 2 - Результаты измерения зависимости поверхностного

натяжения ПАВ (указать какого) от концентрации

Величина разведения раствора ПАВ	С, кмоль/м3	Δh, мм	σ, н/м	Z, н/м	Г, кмоль/м2
1. Вода 2. Растворитель 1:1 3. Растворитель 1:2 4. Растворитель 1:4 5. Растворитель 1:8 6. Растворитель 1:16

Для этого к разным точкам изотермы поверхностного натяжения (рисунок 6), лучше к точкам наибольшей кривизны, проводят касательные до пересечения с осью ординат (способ проведения касательных дан на рисунке 13).

По построению Z/C = -dσ/dc, откуда

. (21)

Из сопоставления уравнения Гиббса с выражением (21) получаем

(22)

Рисунок 6 - Изотерма Рисунок 7 - Изотерма адсорбции

поверхностного натяжения

На рисунке 6 Z - отрезок на оси ординат, отсекаемый касательной и прямой, параллельной оси абсцисс. Найдя из графика (рисунок 6) величину Z, выраженную в единицах поверхностного натяжения, для всех выбранных точек по уравнению (22) вычисляют соответствующие значения величин адсорбции Г. Полученные величины используются для построения кривой, носящей название "изотерма адсорбции" (рисунок 7).

Если кривая Г=f(с) при всех значениях С не имеет точки перегиба, ее можно выразить уравнением Ленгмюра, для которого следует рассчитать постоянные Г_max и В (где Г_max - предельная адсорбция; В - постоянная, характеризующая сродство адсорбируемого вещества к поверхности адсорбента). Г_max и В можно рассчитать графическим методом.

Графический способ основан на следующих преобразованиях уравнения Ленгмюра:

(23)

Откладывая по оси абсцисс известные концентрации С растворов, а по оси ординат - соответствующие им вычисленные значения С/Г, получают прямую, из тангенса угла наклона которой вычисляют величину Г_max, а из отрезка, отсекаемого прямой на оси ординат, постоянную В (рисунок 8).

Рисунок 8 - Зависимость С/Г от С

По значению Г_max вычисляют площадь, приходящуюся на одну молекулу, по формуле (24), а из Г_max, молекулярного веса M и плотности ρ растворенного вещества - толщину ℓ адсорбционного слоя. Если теория мономолекулярного адсорбционного слоя верна, то ℓ будет соответствовать длине молекулы и рассчитывается по уравнению (25).

(24)

(25)

где N₀ - число Авагадро, равное 6,023^.10²³ моль^-1, ρ_{СН3сООН} = 1049 кг/м³.