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, поверхностное натяжение, 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 (моль/м²).

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.наблю

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 = k·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 k.

Постоянная k зависит от формы капилляра, его среза и глубины погружения в раствор.

(1.2)

Оборудование и реактивы.

Прибор Ребиндера для определения поверхностного натяжения.

Растворы ПАВ 5-7 концентраций.

Цилиндр.

Пипетки 2 и 5 см³.

Дистиллированная вода.

Ход работы

Поверхностное натяжение определяют при помощи установки, предложенной Ребиндером (рис.1.1).

В сосуд 1 заливают воду или раствор так, чтобы край капилляра 2 касался поверхности жидкости.

К раном эжектора 3 устанавливают постоянную скорость вытекания жидкостидля обеспечения равномерного проскока пузырьков (1 проскок за 10-20 с). При этом фиксируют максимальный (h₁) и минимальный (h₂) уровни манометра 4. Измерения повторяют несколько раз до получения постоянных результатов.

Рис.1.1 Максимальное давление пузырьков определяют по разности уровней манометра Р = h₁ + h₂ 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 а= Δσ/ΔТ - постоянная, равная температурному коэффициенту с обратным знаком.