Результаты исследования солюбилизации красителя

Концентрация раствора ПАВ		Оптическая плотность, D	Dср	S	Sm
г/дм3	моль/дм3

Анализ результатов.

1. По экспериментальным результатам строят график D = f(с_пав).

2. По формуле (3.4) рассчитывают значения S_m и стро­ят график S_m = f(с_пав).

3.Экстраполяцией начальных участков кривых на ось абсцисс находят ККМ.

Форма отчета. Отчет должен содержать наименование и описание цели работы, краткие теоретические положе­ния, описание методики выполнения работы, таблицу с экспериментальными данными, графики D = f(c_пав) и S_m = f(c_пав), найденное значение ККМ, вывод.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дайте определение понятиям: солюбилизация, солюбилизат, солюбилизатор, мольная солюбилизация.

2. Где используется явление солюбилизации?

3. Каким образом можно определить ККМ коллоидного ПАВ, используя данные по солюбилизации олеофильного краси­теля?

Работа 4.

Определение энтальпии и энтропии мицеллоовразования

Цель работы. 1. Ознакомление с термодинамическими характеристиками мицеллообразования. 2. Определение энтальпии и энтропии мицеллообразования.

Краткие теоретические положения. Коллоидные ПАВ — термодинамически устойчивые лиофильные системы с равновесным распределением частиц дисперсной фазы по размерам. Для них применимы все основные понятия и представления термодинамики, т. е. могут быть определе­ны тепловой эффект и изменение энтропии при мицеллообразовании.

Мицеллообразование рассматривается как процесс, аналогичный фазовому переходу, при котором происходит резкий переход от молекулярно-дисперсного (ионно-дисперсного) состояния ПАВ в растворителе к ассоциирован­ному в мицеллы ПАВ при ККМ. Мицеллы рассматрива­ются как предельная высокодисперсная фаза («псевдофа­за»), а ККМ — как такая концентрация, при которой химический потенциал ПАВ в растворе становится рав­ным химическому потенциалу этого вещества, ассоции­рованного в мицеллы. Концентрация неассоциированных молекул ПАВ, соответствующая истинному раствору, ос­тается постоянной и равной ККМ при любом количестве ПAB в растворе.

Для описания мицеллообразования в растворах коллоид­ных ПАВ используется уравнение, аналогичное уравнению Клаузиуса-Клапейрона для фазовых переходов:

(3.5)

где ∆H⁰_m — теплота мицеллообразования.

В результате интегрирования этого уравнения, при условии, что ∆H⁰_m в данном температурном интервале ве­личина постоянная, получим

(3.6)

Это уравнение прямой, выражающей зависимость InKKM от 1 /Т (рис. 43).

Тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс равен:

Для ионогенных ПАВ изменение температуры слабо влияет на величину ККМ, что указы­вает на небольшой тепловой эффект мицеллобразования и затрудняет его точную оценку.

Для неионогенных ПАВ величина ККМ заметно по­нижается с ростом температуры, причем зависимость lgKKM от 1/Т строго линейна, что позволяет определить ∆H⁰_m».

По второму закону термодинамики:

(3.7)

Следовательно,

(3.8)

где ∆S_m — энтропия мицеллообразования.

Энтальпия и энтропия мицеллообразования неионоген­ных ПАВ (НПАВ) — положительные величины. Основной причиной увеличения энтропии при образовании мицелл НПАВ служит десольватация молекул в момент агрега­ции, а также увеличение конфигурационной энтропии углеводородной цепи молекул ПАВ при переходе из вод­ной фазы в углеводородное ядро мицеллы.

Приборы и реактивы. 1. Установка для определения поверхностного натяжения — прибор Ребиндера. 2. Мер­ные колбы на 50 см³ — 8 шт. 3. Пробирки с притертыми пробками на 20-30 см³. 4. Мерные пипетки на 5 и 10 см³ — К шт. 5. Водяной термостат. 6. Раствор НПАВ (ОП-Ю), концентрации 0,1 моль/дм³. 7. Дистиллированная вода.

Порядок выполнения работы. Готовят 8 водных раство­ров НПАВ (ОП-10) в интервале концентраций (1∙10ˉ⁶—1∙10ˉ²) моль/дм³, заполняют ими 8 пробирок, которые помещают н водяной термостат на 15-20 мин. Определяют поверхно­стное натяжение, согласно методике, приведенной в главе 1 (работа 1). Ячейку прибора Ребиндера выдерживают в течение 5-6 мин в термостате. Закончив все измерения при одной температуре, повышают температуру термостата и снова определяют поверхностное натяжение растворов. Та­ким образом исследуют растворы при 3-4 различных тем­пературах (например, 15, 30, 50 и 70°С).

Полученные данные записывают в таблицу 23.

Анализ результатов.

1. Вычисляют поверхностное натяжение каждого ра­створа при разных температурах.

2. Строят графики зависимости σ = f(c) для каждой серии.

3. Определяют ККМ ОП-Ю при разных температурах.

4. Строят графики зависимости lgKKM = f(1/Т).

5. Вычисляют ∆H⁰_m и ∆S_m.

Форма отчета. Отчет должен содержать название и цели выполнения работы, краткие теоретические положе­ния, описание методики эксперимента, таблицу экспери­ментальных данных, графики σ =f(с), lgKKM = f(1/Т), расчеты и выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Почему для описания мицеллообразования используют урав­нение, аналогичное уравнению Клаузиуса-Клапейрона для фазовых равновесий?

2. Как можно графически определить тепловой эффект мицел­лообразования?

3. Как влияет температура на мицеллообразование коллоид­ных ПАВ?

Работа 5.