Визначення поверхневого натягу поверхнево-активних речовин сталагмометричним методом та параметрів адсорбційного процесу на границі по

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІНСТИТУТ ЕКОЛОГІЧНОЇ БЕЗПЕКИ

Кафедра хімії та хімічної технології

 

 

 

 

Лабораторна робота №4

«Визначення поверхневого натягу поверхнево-активних речовин сталагмометричним методом та параметрів адсорбційного процесу на границі поділу фаз рідина-газ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Київ 2014

    Мета роботи-одержання експериментальних концентраційних ізотерм поверхневого натягу та розрахунок параметрів адсорбційного процесу для водних розчинів насичених одноатомних спиртів.

Основні теоретичні відомості

    Адсорбція, в широкому  розумінні цього слова, - це довільна зміна . Відносний склад компонентів розчину на границі поділу фаз інший, ніж в об’ємі . Зміну концентрації компоненту в поверхневому шарі, порівняно з об’ємною фазою, називають абсорбцією. Її кількісною мірою є величина надлишкового компоненту на одиницю поверхні:

                                                   Гі=ni/s, моль/м2

    Шар рідини  товщиною радіуса сфери молекулярної  дії, що прилягає до поверхні, називається поверхневим шаром. Молекули рідини в поверхневому  шарі знаходяться під дією  сил притягання сусідніх молекул. Рівнодіюча цих сил притягання  спрямована в глибину рідини. Отже, переміщення молекул із  глибини рідини в поверхневий  шар вимагає витрати роботи  на подолання сил притягання.

    Робота, яку необхідно  витратити для збільшення поверхні  рідини на одиницю, називається  поверхневим натягом. Поверхневий  натяг можна також розглядати, як силу, що діє на одиницю  довжини контуру, який обмежує  поверхню, та намагається її скоротити  по дотичній до поверхні. Робота  утворення нової поверхні, яка  здійснюється системою в умовах  ізотермічного та оборотного  процесу відбувається за рахунок зміни ізохорно-ізотермічного потенціалу:

-Аmax=∆F

    Таким чином, поверхневий  натяг являє собою вільну енергію  одиниці поверхні і визначається  в Дж/м2 або Н/м.

    Запас вільної  поверхневої енергії гетерогенної  системи з міжфазною поверхнею поділу S дорівнює:

F=ϭ×S

    Самочинне прагнення системи до зменшення F може бути реалізоване або шляхом зменшення міжфазної поверхні (при коагуляції), або зменшення поверхневого натягу розчину. Якщо розчинена речовина здатна зменшувати поверхневий натяг розчину, то вона буде концентруватись (адсорбуватись) у поверхневому шарі. Такі речовини називаються поверхнево-активними (ПАР).

    Зв'язок між  адсорбцією та поверхневим натягом  виражається рівнянням Гіббса:

 

    Де Г-питома адсорбція розчиненої речовини, моль/м2, тобто надлишкова концентрація розчиненої речовини в поверхневому шарі розчину порівняно з його об’ємною концентрацією С; σ-поверхневий натяг розчину, Дж/м2. Похідна поверхневого натягу та об’ємної концентрації називається поверхневою активністю розчиненої речовини.

Хід роботи

    Використовують  метод підрахунку крапель (сталагмометричний). Використовюють сталагмометр, що є піпеткою,що закінчується капіляром та має дві поділки, що обмежують його нижню кульку. Для визначення поверхневого натягу досліджувану речовину затягують у прилад вище верхньої мітки і допускають її вільне витікання.

    Коли меніск  рідини буде на верхній поділці, починають рахувати краплі. Підрахунок  ведуть до тих пір, поки меніск  не опуститься до нижньої мітки. Таким чаном визначають кількість  крапель, утворених під час витікання  певного об’єму рідини, обмеженими  двома мітками. Об’єм краплі рідини  тим більший (відповідно, кількість  крапель тим менша),тим більший  її поверхневий натяг і менша  густина.

    За стандартний  розчин беруть воду і визначають  її поверхневий натяг при різних  температурах. Досліджують поверхневий  натяг досліджуваного розчину  за рівнянням:

 

    Для виконання роботи в окремих пронумерованих пробірках готують шляхом послідовного розведення розчини насиченого одноатомного спирту таких концентрацій:

0,01; 0,025; 0,05; 0,1; 0,25; 0,5 кмоль/м3-для пропілового та ізопропілового спиртів.

0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,15; 0,2 кмоль/м3-для бутилового та ізобутилового спиртів.

0,01; 0,02; 0,04; 0,06; 0,08; 0,1 кмоль/м3-для алілового та ізоамілового спиртів об’ємом 10 мл кожний.

    Під час визначення  поверхневого натягу спочатку  рахують кількість крапель дистильованої  води , а потім-для робочих розчинів  у поядку збільшення концентрації . вимірювання проводять тричі, щоб результати збігалися. Густина розчинів ПАР, зважаючи на малі концентрації, дорівнює густині води; тому розрахункова формула для визначення поверхневого натягу набуває вигляду: