
- •ПОверхностные явления и адсорбция
- •Лабораторная работа №1 Исследование адсорбции пав на границе раствор-воздух
- •Оборудование и реактивы.
- •Ход работы
- •Обработка экспериментальных данных
- •Оформление отчета.
- •Лабораторная работа №2 Исследование адсорбции пав на границе раствор-пористый адсорбент
- •Оборудование и реактивы.
- •Ход работы
- •Обработка результатов.
- •Оформление отчета.
- •Лабораторная работа №3 Исследование адсорбции окрашенных веществ на поверхности твердого адсорбента
- •Оборудование и реактивы.
- •Ход работы
- •Обработка результатов.
- •Оформление отчета.
ПОверхностные явления и адсорбция
Коллоиды - высокодисперсные системы, наиболее существенные свойства которых определяются особенным состоянием вещества на границе раздела фаз. В процессе диспергирования в поверхностном слое увеличивается доля молекул, которые энергетически отличаются от частиц системы.
Обратимая изотермическая работа W образования единицы новой поверхности называется свободной энергией
W= - ΔA=σ·s,
где σ для границы раздела раствор-собственный пар (воздух) равна поверхностному натяжению - силе, которая действует на единицу длины контура, ограничивающего межфазную поверхность, Н/м, Дж/м2;
s - поверхность раздела фаз, м2.
При переходе от индивидуальных растворов к растворам, поверхностноенатяжение, как правило изменяется.
Вещества, способные концентрироваться на границе раздела фаз, уменьшая σ, называются поверхностно-активными (ПАВ). Мерой излишнего содержания компонента раствора в поверхностном слое в сравнении с объемом является адсорбция Г.
Лабораторная работа №1 Исследование адсорбции пав на границе раствор-воздух
Цель работы: рассчитать значение предельной адсорбции Г∞, поверхность, занимаемую молекулой адсорбата в поверхностном слое S0, толщину адсорбционного слоя δ по экспериментальным данным.
Для измерения поверхностного натяжения можно воспользоваться методом максимального давления пузырька.
В этом случае σ определяется по давлению, при котором происходит отрыв пузырьков воздуха, выдуваемых в исследуемый раствор через капилляр.
Даление Р в момент отрыва пузырька максимальный и связан с поверхностным натяжением соотношением
σ = К·Р (1.1)
где
К определяют путем измерения величины
Р
для жидкости с известным значением σ,
например, воды, для которой
мН/м
при Т=298 К. Зная
и
,
из уравнения (1.1) получим К.
Постоянная К зависит от формы капилляра, его среза и глубины погружения в раствор.
(1.2)
Оборудование и реактивы.
Прибор Ребиндера для определения поверхностного натяжения.
Растворы ПАВ 4-7 концентраций.
Дистиллированная вода.
Ход работы
Поверхностное натяжение определяют при помощи установки, предложенной Ребиндером (рис.1).
В сосуд 1 заливают воду или раствор так, чтобы край капилляра касался поверхности жидкости.
Краном эжектора 2 устанавливают постоянную скорость вытекания жидкости для обеспечения равномерного проскока пузырьков (1 проскок за 20 с). При этом фиксируют максимальный (h1) и минимальный (h2) уровни манометра. Измерения повторяют несколько раз до получения постоянных результатов.
Максимальное давление пузырьков определяют по разности уровней манометра Δh = h2 - h1 и рассчитывают величину σ, Н/м:
(1.3)
Сначала устанавливают Δh для дистиллированной воды, а затем для исследуемых растворов ПАВ (по указанию преподавателя), начиная с наименьшей концентрации.
При
температуре, отличной от стандартной
(298 К), σ определяют из соотношения
,
где
- постоянная,
равная температурному коэффициенту с
обратным знаком.
Обработка экспериментальных данных
Рассчитанные
по уравнению (4) значения σ
используют для построения графика в
координатах
(рис.2).
Адсорбцию рассчитывают по уравнению Гиббса
(1.4)
П
утем
графического дифференцирования
σ,с-зависимости
определяют значение z.
Если провести касательную к кривой в
точке х, то тангенс ее угла наклонак оси
абсцисс (угол )
будет равен
.
Из графика видно, что
(1.5)
Рис.2 где z - отрезок, отсекаемый на оси ординат горизонтальной прямой, проведенной через точку х, и касательной к кривой в этой точке.
Подставляя значения z из (6) в уравнение (5) получаем Г, моль/м2:
(1.6)
О
бработав
указанным методом кривую
в 8-10 точках, строят изотерму адсорбции
(рис.2),
по которой ориентировочно определяют
предельную (максимальную) адсорбцию
Г∞,
соответствующую образованию
мономолекулярного слоя.
Рис.3. Изотерма адсорбции Ленгмюра, которой отвечают полученные данные, имеет вид
(1.7)
Уравнение Ленгмюра можно преобразовать в уравнение прямой (рис.4):
(1.8)
Рис.4 Отрезок,
отсекаемый прямой на оси ординат, равен
,
где b
- константа адсорбционного равновесия.
(1.9)
По рассчитанным значениям предельной адсорбции Г∞ определяют площадь молекулы S0 и толщину адсорбционного слоя δ, которая соответствует длине адсорбированной молекулы:
;
(1.10)
где NA - постоянная Авагадро;
M - относительная молекулярная масса;
ρ - плотность ПАВ.