Порядок выполнения работы:

Из исходного раствора ПАВ готовят ряд растворов таким образом, чтобы концентрация каждого последующего раствора была вдвое больше предыдущего. Для этого в мерную колбу на 50 мл вводят из бюретки последовательно 1,6; 3,2; 6,3; 12,5; 25 мл исходного раствора ПАВ и доводят содержимое колбы до метки дистиллированной водой.

Хорошо перемешав содержимое колбы, переливают растворы в чистые сухие склянки на 50 мл. Отбирают в такую склянку также 50 мл исходного раствора.

На технических весах берут 6 навесок активированного угля. (Если уголь в гранулах, то его хорошо перетирают в ступке.) Взятые навески (согласно таблице 3.1) через воронку с широким горлом вносят в чистые сухие склянки объемом 30-50 мл. В склянки с навесками пипеткой переносят по 30 мл приготовленных растворов. Склянки закрывают пробками, перемешивают встряхиванием в течение 1−2 минут и оставляют на 1−1,5 часа для установления адсорбционного равновесия. В течение этого времени периодически повторяют встряхивание. Пока в растворах с углем устанавливается адсорбционное равновесие, измеряют поверхностное натяжение приготовленных растворов (без угля) в порядке возрастания концентрации. Измерения проводят методом счета капель (сталагмометрический метод). После выдерживания растворов с углем необходимое время растворы фильтруют и измеряют поверхностное натяжение фильтратов. Данные фиксируют.

Для построения изотермы адсорбции ПАВ на поверхности раздела раствор − воздух и расчет адсорбционных характеристик молекул ПАВ используют либо графический метод, либо расчет по уравнениям Ленгмюра и Шишковского (по указанию преподавателя).

Порядок расчета при построении изотермы адсорбции с помощью уравнений Ленгмюра и Шишковского

Строят кривую зависимости σ от С (рис.3.3). На экспериментальной кривой зависимости σ (С) выбирают 5−6 точек, вычисляют для них Δσ и 1пС. Строят график зависимости Δσ − (1пС) (рис.10). 2. По наклону прямой Δσ − (1пС) находят величину константы а уравнения Шишковского (как тангенс угла наклона) и рассчитывают предельную адсорбцию А_∞ используя формулу (3.5).

При расчете наклона прямой Δσ − (1пС) необходимо помнить, что длины катетов треугольника, выбранного для расчета, должны быть выражены в единицах тех величин, которые отложены на осях координат, с учетом масштаба.

Рис.3.3 Зависимость Δσ − (1пС)

Экстраполируют прямую Δσ − (1пС) до пересечения с линией (нормалью к оси абсцисс), проходящей через точку 1п(C) = 0, и находят ординату точки пересечения. Согласно уравнению (7), при 1п(С) =0, Δσ = а 1п(b). Используя найденные значения а и Δσ, рассчитывают b. Величина b равна К в уравнении Ленгмюра (единица измерения константы а − Дж/м² , К - л/моль).

По уравнению Ленгмюра рассчитывают значение А для различных концентраций и строят изотерму адсорбции А(С). Необходимые для расчета данные записывают в таблицу 3.2:

Таблица 3.2.

Расчетные данные для построения изотермы адсорбции ПАВ на границе

жидкость−газ

Концентрация раствора ПАВ, моль/л	КС	1+КС	КС/1+КС	Адсорбция А∙106 , моль/м2

Вычисляют значение площади молекулы S_m (в м²) и толщины адсорбционного слоя h (в м) по формулам (3.8) и (3.9).

Порядок расчета при построении изотермы адсорбции графическим методом

Строят кривую зависимости σ от С (рис. 3.4,а). На экспериментальной кривой зависимости σ − (С) выбирают 5-6 точек, проводят к ним касательные (методом зеркала) и определяют отрезки z. (Длину отрезков выражают в единицах поверхностного натяжения.)

Рис. 3.4. Построение изотермы адсорбции 2 по изотерме поверхностного натяжения 1

Вычисляют значения Г по формуле (3.2) и строят изотерму адсорбции Г=f(С). Вычисляют значения С/Г и строят график зависимости С/Г = f (С). По графику находят константы Г_∞ (равняется котангенсу угла наклона прямой) и К (учитывая, что отрезок, отсекаемый прямой на оси ординат, равен 1/Г_∞ К). Необходимые для расчета данные записывают в таблицу 3.3. Вычисляют значение площади молекулы S_m (в м²) и толщины адсорбционного слоя h (в м) по формулам (3.10) и (3.11).

Таблица 3.3.

Данные для построения изотермы адсорбции ПАВ на границе

жидкость газ, определенные графическим методом

№	Концентрация раствора ПАВ, моль/л	σ, мН/м	Z, mH/m	Г, моль/м	С/Г

Расчет удельной поверхности активированного угля

Ha построенном ранее графике зависимости σ − (С) строят изотерму поверхностного натяжения σ^' − (С) после адсорбции на угле (рис.3.5).

Рис.3.5. Изотермы поверхностного натяжения до и после адсорбции на активированном угле

По повышению поверхностного натяжения растворов после адсорбции на угле находят графическим путем остаточную равновесную концентрацию ПАВ С_р. Для этого используют кривую σ − (С) как калибровочную. Схема определения С_р для любого раствора с исходной концентрацией С показана на рис.3.5.

Адсорбцию ПАВ на угле Г (в молях на 1 г адсорбента) рассчитывают по формуле

,

где V - объем раствора (л);

т - навеска адсорбента (г).

Результаты расчета записывают в таблицу 3.4.

Таблица 3.4.

Данные для расчета адсорбции ПАВ на границе жидкость газ.

№ образца	Концентрация ПАВ, моль / л		С-Ср , моль/л	Г, моль / г
	Исходная С	Равновесная Ср

Строят изотерму адсорбции на угле Г − ( С_р). По графику находят предельное значение адсорбции Г_∞. Если на изотерме нет участка, отвечающего предельной адсорбции, её спрямляют как описано выше в координатах С_р/Г – С_р и находят Г_∞ графическим методом. Вычисляют удельную поверхность активированного угля по формуле (3.12), используя значение молекулярной площадки S_m, полученное в первой части работы.

Лабораторная работа № 4.