Содержание:

Цель работы……………………………………………………………………………………...2

Задание к работе…………………………………………………………………………………2

1. Теоретические сведения………………………………………………………………3-18

2. Экспериментальная часть……………………………………………………………18-19

Порядок выполнения работы……………………………………………………………….18-19

Экспериментальные данные…………………………………………………………………...19

3. Обработка экспериментальных данных…………………………………………….20-24

Выводы………………………………………………………………………………………….25

Список литературы……………………………………………………………………………..26

Приложение.

Графики: 3.1 Изотерма поверхностного натяжения бутилового спирта.

3.2 Изотермы адсорбции гомологического ряда спиртов.

3.3 Линейная зависимость изоамилового спирта в координатах с/Г=f(c).

3.4 Линейные зависимости Δσ=f(lnc₂).

Цель работы:

Целью работы является изучение адсорбции и поверхностно-активных свойств веществ на границе их водных растворов с воздухом.

1. Используя метод наибольшего давления пузырька газа, определить поверхностное натяжение σ на границе раздела водный раствор ПАВ - воздух и построить изотерму поверхностного натяжения σ = f(c) для каждого ПАВ.

2. По полученной изотерме поверхностного натяжения σ = f(c) и адсорбционному уравнению изотермы Гиббса (1.5) определить величины адсорбции Г при 8-10 концентрациях ПАВ, построить изотерму адсорбции ПАВ Г = f(c) для каждого поверхностно-активного вещества.

3. Используя линейную форму уравнения изотермы адсорбции (1.8), построить зависимость в координатах с/Г= f(c), определить графически предельную адсорбцию ПАВ и эмпирическую константу А для каждого ПАВ.

4. Проверить применимость уравнения Шишковского в области заданных концентраций и вычислить Г_∞ , эмпирические константы А и b в этом уравнении для каждого ПАВ.

5. Определить поверхностную активность для каждого ПАВ и проверить применимость правила Дюкло-Траубе.

6. Вычислить геометрические характеристики адсорбционного монослоя: площадь поперечного сечения молекулы и толщину монослоя ПАВ, сравнить их с такими же характеристиками других ПАВ – членов одного гомологического ряда.

1.Теоретические сведения.

1. ПОВЕРХНОСТНАЯ СВОБОДНАЯ ЭНЕРГИЯ И ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ.

Любая межфазная поверхность характеризуется избыточной поверхно­стной энергией. Ее возникновение является следствием нескомпенсированности сил межмолекулярных взаимодействий на границе раздела фаз. Рас­смотрим систему, состоящую из чистой жидкости А и газа В при Т, Р =const. , Силы межмолекулярного взаимодействия F_a-a жидкости А больше сил взаимодействий F_В-В между молекулами газа В. Молекула A^v внутри жидкости равновероятно окружена со всех сторон другими родственными молеку­лами, в силу симметричности силового поля силы взаимодействия при этом взаимно уравновешиваются. Hа молекулу А^s, находящуюся на межфазной поверхности S-S^/, с одной стороны действуют молекулы жидкости, а с дру­гой - молекулы газа. Поскольку F_A-A > F_B-B, возникает результирующая сила P, направленная вглубь жидкой фазы: F_A-A – F_B-B =P, рис. 1. Если притяже­нием со стороны молекул газа пренебречь, то можно считать, что сила при­тяжения поверхностных молекул жидкости, занимающих площадь в 1 м², молекулами глубинных слоев жидкости равна внутреннему давлению. Чем сильнее межмолекулярные взаимодействия в жидкости, тем больше внут­реннее давление. Например, для воды оно составляет 14800 атм. В частно­сти, большие значения внутреннего давления объясняют, почему жидкости обладают' милой сжимаемостью при обычных давлениях.

Рис. 1. Схема энергетического состояния молекулы в поверхностном монослое S-S' и объемной фазе при Т, Р =const

То обстоятельство, что все молекулы поверхностного слоя «втягивают­ся» внутрь жидкости, равносильно тому, что для образования межфазной поверхности необходимо совершить работу, связанную с преодолением сил, обусловливающих внутреннее давление, рис 1, Чем сильнее межмолекуляр­ные взаимодействия в объемной фазе, тем больше требуется энергии для того, чтобы разорвать эти взаимодействия и перевести часть молекул из объема жидкости в поверхностный слой. Эта энергия сосредотачивается в поверхностных молекулах и называется поверхностной энергией.

Если такой процесс проводить обратимо (квазистатически) и изотерми­чески при Р =const, то вся затраченная работа в этом случае будет равна избытку свободной поверхностной энергии G^s:

dG^S=δW^S (1.1)

Согласно энергетическому подходу обратимая изобарно-изотермическая работа, затраченная на образование единицы поверхности раздела фаз, рав­на поверхностному натяжению σ:

где S - площадь межфазной поверхности.

С учетом соотношения (1.1) имеем

, или

dG^S_T,P=σ_T,_P dS . (1.2)

Для чистой жидкости при Т,P=const поверхностное натяжение вели­чина постоянная: σ=const. Тогда, интегрируя уравнение (1.2), получим

G^S_T,P=σ S . (1.3)

В соответствии с уравнением (1.3) для чистых жидкостей при Т,P=const поверхностное натяжение является удельной свободной поверхностной энергией g^S:

Согласно второму принципу термодинамики при Т,P=const свободная энергия системы в самопроизвольно протекающих процессах уменьшается, стремясь стать минимальной. Так, для поверхностного слоя

dG^S<0 . (1.4)

Дифференцируя уравнение (1.3), получаем соотношение

dg^S_T,P = Sdσ + σdS,

и условие (1.4) можно выразить в следующем виде:

(Sdσ + σdS)_T,P<0.

Для чистой жидкости при Т,P=const σ= const, и самопроизвольно могут протекать процессы, сопровождающиеся уменьшением поверхности раздела фаз, т.е. dS<0 (слияние мелких капель в более крупные, стремление капель жидкости при отсутствии внешнего воздействия принять сферическую фор­му и др.).

В растворах уменьшение поверхностной энергии Гиббса при T,P=const может происходить также за счет изменения концентрации компонентов в поверхностном слое и как следствие - снижения σ, поскольку σ=f(с).

Энергетическое состояние границы раздела фаз может быть выражено через внутреннюю энергию поверхностного слоя или любую другую харак­теристическую функцию (энтальпию, функцию Гельмгольца) при соответст­вующих постоянных параметрах. Тогда