Рис.30. Схема установки для определения поверхностного натяжения

Методом максимального давления пузырьков

В этом случае радиус пузырька воздуха равен радиусу капилляра R = r и величина давления на пленку пузырька со стороны жидкости равна давлению газовой фазы. Дальнейшее увеличение газовой фазы нарушает это равенство, что приводит к быстрому росту пузырька воздуха и его отрыву от капилляра. Пузырёк проскакивает поверхностный слой и лопается, в этот момент давление падает, но потом снова повышается вследствие образования нового пузырька. Таким образом, мениск жидкости в манометре всё время колеблется. Скорость вытекания воды из аспиратора регулируют так, чтобы в одну минуту проскакивало 3-5 пузырьков. При большей скорости равновесные условия не достигаются и результаты значительно искажаются. По значениям Р₀ для воды и величине поверхностного натяжения воды σ₀ рассчитывают константу прибора к, характеризующую размеры капилляра к = σ₀ / р₀. Аналогичным образом измеряют давление Р для любых растворов. Значение поверхностного натяжения воды при температуре опыта берут из таблицы 12.

Таблица 14

Поверхностное натяжение воды на границе с воздухом

при различных температурах

Т, К	290	291	292	293	294	295	296	297	298
σ·103, Дж/м2	73,19	73,05	72,90	72,75	72,59	72,44	72,28	72,13	71,97

Приборы и материалы: Установка для измерения поверхностного натяжения методом максимального давления пузырьков, дистиллированная вода, растворы изоамилового спирта.

Порядок выполнения работы

1. Определить постоянную сосуда к по методике, приведенной выше.

2. Последовательно наливая в рабочий сосуд растворы изоамилового спирта, аналогичным образом определить давление Р_x , при котором проска-кивают пузырьки воздуха через поверхность растворов. Измерения необходимо проводить от слабых растворов к концентрированным, при этом рабочий сосуд промывать не надо.

3. Рассчитать для всех растворов величину поверхностного натяжения по формуле σ_x = σ₀(Р_х /Р₀) = к∙Р_х. Построить изотерму поверхностного натяжения σ_x = f ( с ), с – концентрация спирта.

4. На изотерме поверхностного натяжения взять 5 точек и провести к ним касательные. Применяя уравнение адсорбции Гиббса, по уравнению (65) графическим способом рассчитать адсорбцию ПАВ в поверхностном слое при различных концентрациях раствора.

5. Используя линейную форму уравнения адсорбции Ленгмюра (67), построить график в координатах 1/Г = f (1/с) и найти максимальную адсорбцию Г_∞ и константу адсорбционного равновесия К.

6. По уравнениям (68) и (69) определить площадь S₀ и длину l молекулы спирта в поверхностном слое.

Работа 11 определение величины адсорбции

Цель работы: Количественное определение адсорбции уксусной кислоты на активированном угле. Установление зависимости адсорбции от концентрации кислоты. Определение констант в уравнении Фрейндлиха.

Теоретические основы работы

См. теоретическое введение

Адсорбция из растворов на твёрдых адсорбентах представляет собой более сложный случай, чем адсорбция на границе раздела жидкость-газ. Здесь следует учитывать как адсорбцию молекул растворителя и растворённого вещества, так и взаимодействие между ними. В настоящее время единое уравнение для описания адсорбции из растворов отсутствует. Для обработки экспериментальных данных широко используется уравнение Фрейндлиха

А = К с^1/n, (70)

где А – величина адсорбции, моль/г; с – равновесная концентрация раствора (после адсорбции), моль/л; К и 1/n – постоянные.

Константа К представляет собой значение адсорбции при концентрации адсорбата с = 1 моль/л. Показатель 1/n является правильной дробью и характеризует степень приближения изотермы адсорбции к прямой.

Н а изотерме мономолекулярной адсорбции (Рис. 31, 1) имеется два прямолинейных участка: участок 0а соответствует малым концентрациям адсорбата и участок вс – большим концентрациям, при которой наступает предельная адсорбция А_∞ (точка в). Уравнение Фрейндлиха представляет собой уравнение параболы (Рис. 31. 2) и не может описывать прямолинейного увеличения адсорбции при малых концентрациях, а также предельного значения адсорбции, не зависящего от концентрации адсорбата.

Точно также прямолинейный участок, отвечающий высоким значениям концентрации, может быть получен только при 1/n = 0. Таким образом, показатель степени 1/n по существу сам должен являться функцией с. Поскольку при изучении адсорбции из растворов 1/n принимается постоянным и лежащим в пределах 0,1-0,5, уравнение Фрейндлиха справедливо только для интервала средних значений концентраций (Рис. 31, участок ав). Следовательно, уравнение Фрейндлиха не характеризует всего процесса адсорбции.

Постоянные уравнения Фрейндлиха находят графически (Рис. 32), представив его в логарифмических координатах в виде прямолинейной зависимости

lgA = lgK + 1/n lg с (71)

Приборы и материалы: Конические колбы с пробками ёмкостью 50мл -5 шт., пипетки ёмкостью 10 и 20 мл, бюретка, колбы на 100 мл – 2 шт., уксусная кислота 2н, 0,1н раствор щелочи, фенолфталеин, активированный уголь, весы.