Вариант 3

1. Определите поверхностное натяжение бензола при 293, 313 и 343 К. Примите, что полная поверхностная энергия не зависит от температуры и для бензола равна 61,9 мДж/м². Температурный коэффициент = -0,13 .

2. Поверхностное натяжение жидкости, смачивающей стекло, измеряют, определяя высоту между уровнями двух менисков в U-образной капиллярной трубке; диаметры капилляров колен трубки равны 1 и 10 мм. Рассчитайте поверхностное натяжение жидкости с плотностью 0,998 г/см³, зная, что разность двух уровней менисков в капиллярах составляет 9 мм.

3. Рассчитайте равновесное давление паров над водой, находящейся в капилляре радиусом 1 мкм при 293 К, предполагая, что угол смачивания равен 0°. Выразите результат в процентах от давления насыщенного пара воды. При 293 К плотность воды 0,998 г/см³, поверхностное натяжение 72,75 мДж/м², давление насыщенного пара 2338 Па.

4. При измерении адсорбции газообразного азота на активном угле при 194,4 К были получены следующие данные:

p10-3, Па	1,86	6,12	17,96	33,65	68,89
A103, м3/кг	5,06	14,27	23,61	32,56	40,83

Значения A даны для азота при нормальных условиях.

Рассчитайте постоянные в уравнении Ленгмюра и удельную поверхность активного угля, принимая плотность газообразного азота равной 1,25 кг/м³, а площадь, занимаемую одной молекулой азота на поверхности адсорбента, равной 0,16 нм².

5. Постройте изотермы адсорбции и десорбции, пользуясь экспериментальными данными капиллярной конденсации паров воды в порах активного угля при 293 К (варианты I—III):

p10-2, Па	5,32	10,0	11,3	12,5	14,7	17,3	20,0	23,3
А, моль/кг
адсорбция	0,5	2,3	4,0	5,0	10,0	16,0	20,0	28,5
десорбция	0,5	2,5	5,0	7,5	15,0	23,0	27,6	28,5

p10-2, Па	4,65	9,3	14,0	18,7	20,9	23,3
А, моль/кг
адсорбция	0,5	1,5	3,5	20,0	24,0	28,5
десорбция	0,5	1,5	13,0	27,0	28,0	28,5

	0,1	0,2	0,4	0,6	0,8	0,9	1,0
А, моль/кг
адсорбция	6,5	9,0	11,5	14,0	22,5	26,6	30,0
десорбция	7,0	10,3	13,5	16,5	25,0	27,6	30,0

Рассчитайте и постройте интегральную кривую распределения объема пор по размерам. Мольный объем воды 18 см³/моль, давление p_s= = 2338 Па, поверхностное натяжение воды 71,96 мДж/м².

6. Измерена адсорбция азота на низкодисперсном иепористом порошке. Найдено, что при 77 и 90 К степень заполнения поверхности , равная 0,5, достигается при соответственно 0,02 и 0,2. Пользуясь уравнением БЭТ, рассчитайте изостерическую теплоту адсорбции, а также дифференциальные изменения энтропии и энергии Гиббса адсорбции при 77 К. Теплота испарения жидкого азота при 77 К составляет 5,66 кДж/моль.

7. При исследовании адсорбции уксусной кислоты на древесном угле из водных растворов объемом 200 мл получены результаты:

Масса угля, г	3,96	3,94	4,00	4,12	4,04	4,00
Концентрация кислоты, ммоль/л
до введения угля	503,0	252,2	126,0	62,8	31,4	15,7
равновесная в растворе	434,0	202,0	89,9	34,7	11,3	3,33

Покажите, что эти данные удовлетворяют изотерме адсорбции Фрейндлиха. Рассчитайте константы этого уравнения.

8. Удельная поверхность сферических частиц гидрозоля кремнезема составляет: а) 1,110⁴ м²/кг; б) 1,110⁵ м²/кг; в) 1,110⁶ м²/кг. Плотность кремнезема 2,7 г/см³, вязкость дисперсионной среды 110^–3 Пас, температура 293 К. Определите проекции среднего сдвига частиц золя за время 4 с.

9. Рассчитайте отношение осмотических давлений двух гидрозолей (форма частиц сферическая) при условии: одинаковая массовая концентрация, но различная дисперсность частиц – D₁ = 40 мкм^-1 и D₂ = 20 мкм^-1; 2) одинаковая дисперсность, но различная массовая концентрация – C₁ = 7 г/л и C₂ = 3,5 г/л.

10. Рассчитайте объемную плотность заряда на границе диффузного слоя дисперсной фазы по следующим данным: =.0,03 В, окружающей средой является водный раствор КСl с концентрацией 310^–4 моль/л, относительная диэлектрическая проницаемость среды 80,1, температура 293 К. Чему равна плотность поверхностного заряда, обусловленного диффузным слоем?

11. Рассчитайте электрокинетический потенциал частиц корунда в водном растворе по следующим данным: скорость электроосмоса через корундовую мембрану 0,02 мл/с, удельная электропроводность раствора 1,210^–2 Смм^–1, поверхностная проводимость 210^–2 Смм^–1, вязкость раствора 110^–3 Пас, сила тока при осмосе 1,510^–2 А, относительная диэлектрическая проницаемость раствора 80,1.

12. Покажите, в каком случае и во сколько раз интенсивность рассеянного дисперсной системой света больше: при освещении синим светом (₁ = 410 нм) или красным светом (₂ = 630 нм). Светорассеяние происходит в соответствии с уравнением Рэлея, и интенсивности падающих монохроматических пучков света равны.

13. Рассчитайте теплоту мицеллообразования, а также стандартную энергию Гиббса и энтропию процесса при 293 К, используя следующие значения ККМ для додецилсульфата натрия в растворах NaCl:

T, К	293	311	333
ККМ, ммоль/л
в 0,01 М растворе NaCl	5,13	5,37	6,17
в 0,2 М растворе NaCl	0,76	0,87	1,45

Проанализируйте изменение термодинамических функций мицеллообразования и влияние электролита.

14. В воздухе, содержащем пары воды, образуется туман при температуре 269 К, когда коэффициент пересыщения становится равным 3,71. Рассчитайте критический размер ядер конденсации и число молекул, содержащихся в них. Поверхностное натяжение воды 76,4 мДж/м², плотность воды 1 г/см³.

15. Рассчитайте время половиной коагуляции, используя экспериментальные данные по изменению общего числа частиц при коагуляции лиофобной дисперсной системы в воде:

, с	0	7,0	15,0	20,2	28,0
10–15, част./м3	32,2	24,2	19,9	16,7	14,2

Рассчитайте и постройте кривые изменения числа первичных и двойных частиц во времени.

16. Рассчитайте энергию электростатического отталкивания U_э двух плоскопараллельных пластин в водном растворе KI при расстояниях между поверхностями 5, 10, 20, 30 и 50 нм и постройте графическую зависимость U_э = f(h). Потенциал диффузного слоя _ = 310^–2 В, концентрация раствора электролита C₀ = 1 ммоль/л, температура раствора 293 К, диэлектрическая проницаемость среды 80,1.

17. Рассчитайте массовую концентрацию гидрозоля диоксида кремния, если известно, что его вязкость на 10 % больше вязкости дисперсионной среды. Частицы SiO₂ имеют сферическую форму, плотность их равна 2,7 г/см³, плотность дисперсионной среды 1 г/см³.

18. При помощи ротационного вискозиметра, работающего в режиме постоянной скорости деформации, были получены реологические характеристики 20%-ных водных суспензий графита при различных значениях рН дисперсионной среды:

Скорость деформации, , с–1	Напряжение P, Н/м2 при pH
	13	11	7	4	2
50	1,8	8,2	14,2	9,6	1,0
100	2,4	9,0	15,0	10,2	1,8
200	3,0	10,0	16,0	11,2	2,2
400	4,4	10,8	16,6	12,0	3,0
800	7,0	12,8	17,6	13,8	4,6
1200	9,6	15,0	18,8	16,0	6,6

Постройте кривые течения, рассчитайте предел текучести и постройте график зависимости его от рН среды суспензий.