Лабораторная работа № 13 Смачивание

Цель: получить представление о смачивании по состоянию кап­ли жидкости (воды) на поверхностях твердых тел разной природы при наличии одновременного контакта трех несмешивающихся фаз: вода – твердое тело – воздух.

Опыт 1. Степень смачивания водой твердых поверхностей разной природы.

Используемые вещества:

Парафин (важнейший нефтепродукт) – представляет собой твердые неполярные углеводороды и их смеси с маслами. В состав парафина входят главным образом насыщенные углеводороды от С₁₉Н₄₀ до С₃₅Н₇₂ c температурой плавления 50 – 70 °С.

Смесь высших твердых насыщенных углеводоро­дов мелкокристаллического строения состава С₃₇Н₇₆ – С₃₅Н₁₀₈ называется церезином. Твердая поверхность парафина, церезина гид­рофобна (в органическом веществе ионы отсут­ствует). Поверхностное натяжение парафина значительно больше, чем у жидкостей, в том числе воды.

Жидкость, смачивающее свойство которой исследуется: вода – полярная жидкость, имеет высокую когезию. Смачиваемость водой парафина 106 ° (угол смачивания).

Адгезия – (прилипание, сцепление, притяжение) – связь между разнородными конденсированными телами при их молекулярном контакте

Когезия – связь между молекулами (атомами, ионами) в пределах одной фазы внутри тела

Металлическая поверхность в виде пластины:

а) оксидированная пластина металла, представляющая собой гидрофильную поверхность;

б) поверхность свежезачищенной пластины ме­талла менее гидрофильна по сравнению с по­верхностями оксидов и гидроксидов металлов.

Химическая посуда и материалы: химический стакан с дистилли­рованной водой, пипетка, абразивная бумага.

Методика проведения опыта

Сопоставляется смачиваемость водой некоторых твердых тел с гидрофобными и гидрофильными поверхностями.

Нанесите пипеткой по капле воды последовательно на ровные поверхности а) парафина, б) оксидированной пластинки металла и в) с свежезачищенной пластины металла (предварительно зачис­тить наждачной бумагой).

Зарисуйте визуально наблюдаемые картины капли на трех по­верхностях и схематично отметим краевой угол смачивания в (а), (б) и (в) случаях (пределы значения угла 90 ° < 0 < 90 °).

Объясните причину различий в смачивании водой поверхнос­тей.

Опыт 2. Образование поверхностной пленки.

Используемые вещества:

Растворитель вода дистиллированная – полярное вещество, поверхностное натяжение (удельная поверхностная энергия) которого на границе с воздухом при 218 К составляет 71,95 мДж/м².

Адсорбат – порошок талька.

ПАВ – олеиновая кислота – непредельная кислота состава СН₃(СН₂)₇СН=СН(СН₂)₇СООН, молекулярная масса 282,47, не растворяется в воде. Олеиновую кислоту и ее соли применяет в качестве компонентов моющих средств, олиф, лаков, эмульгаторов, флотореагентов. Относительно воды является поверхност­но-активным веществом. Молекула ПАВ – дифильна: состоит из полярной группы и неполярного углеводородного радикала; группа –СООН хорошо гидролизуется, т. е. является гидрофильной. В отличие от них углеводородные радикалы гидрофобны. Схематически дифильные молекулы изоб­ражают в виде символа , в котором прямой чертой обозначен углеводородный (неполярный) радикал, а кружком – полярная группа.

На границе раздела жидкость – газ (вода – воздух) могут самопроизвольно адсорбироваться молекулы поверхностно-активных веществ (ПАВ). Они формируют пограничные адсор­бционные слои, которые способны радикально изменять свой­ства поверхности раздела фаз и дисперсных систем.

Опыт подтверждает наличие поверхностной пленки на воде, благодаря которой порошок талька удерживается на поверхности силами адсорбции. При добавлении олеиновой кислоты, понижаю­щей поверхностную энергию воды, порошок перестает удерживаться на поверхности воды.

Химическая посуда: чашка Петри или неглубокая большая фарфоро­вая чашка, стеклянная палочка.