Определение мицеллярной массы пав нефелометрическим методом

Цели работы. 1. Ознакомление с методами определе­ния мицеллярной массы ПАВ. 2. Определение мицеллярной массы ПАВ нефелометрическим методом.

Краткие теоретические положения. Одной из особен­ностей коллоидных растворов поверхностно-активных ве­ществ является их способность к мицеллообразованию. Молекулярная масса образующихся мицелл, называемая мицеллярной массой, составляет несколько десятков ты­сяч атомных единиц массы. Значение средней мицелляр­ной массы ПАВ можно определить различными методами. Это методы, основанные на измерении светорассеяния растворами ПАВ и на определении диффузионной способ­ности мицелл, а также метод седиментационного анализа с помощью ультрацентрифуги. Наиболее эффективным и относительно простым считают метод светорассеяния Дебая. Он применим к разбавленным растворам ПАВ, содер­жащим мицеллы, размер которых не превышает 1/20 дли­ны волны видимого света. В этом случае уравнение Дебая принимает следующий вид:

(3.9)

где τ, τ_ккм — мутность раствора ПАВ и мутность его при ККМ соответственно, см^-1; М_т — мицеллярная масса ПАВ; Н — постоянная величина для данной системы и рода из­мерений; с — концентрация раствора ПАВ, г/см³; ККМ — критическая концентрация мицеллообразования, г/см³; А — константа, характеризующая отклонение от идеаль­ного раствора (второй вириальный коэффициент).

Для неполяризованного (естественного) падающего света константа Н равна

(3.10)

где п, п₀ — показатели преломления растворителя и ра­створа ПАВ соответственно; λ— длина волны падающего света в вакууме.

В уравнении (3.9) величина H(с - ККМ)/(τ - τ_ккм) яв­ляется линейной функцией концентрации, поэтому при экстраполяции соответствующей прямой до концентрации, равной ККМ, отрезок ординаты, отсекаемый этой прямой, дает значение 1 /М_m, обратное мицеллярной массе.

В некоторых случаях, когда измерения проводят в ра­створах, концентрация которых значительно больше ККМ иτ« τ_ккм при расчете можно пренебречь значениями ККМ и τ_ккм. Тогда уравнение (3.9) можно записать так:

(3.11)

Мутность τ численно равна световой энергии, рассеи­ваемой 1 см³ раствора во всех направлениях, при интен­сивности падающего света, равной единице.

Для определения мутности применяют нефелометр, позволяющий сопоставить интенсивность света, рассеян­ного коллоидным раствором под углом 135° к падающему свету, с интенсивностью света, идущего от стандартной мутной пластинки — рассеивателя. Для этого диафрагму на пути светового потока от раствора полностью открыва­ют (степень раскрытия диафрагмы, выраженная в процен­тах, равна 100) и постепенным закрытием диафрагмы на пути светового потока от рассеивателя добиваются равен­ства световых потоков.

При равенстве световых потоков выполняется соотно­шение:

τ ∙ 100 = τ_p ∙ n_p, (3.12)

где τ ,τ_p — мутность исследуемого раствора и рассеивате­ля соответственно; n_p — степень раскрытия диафрагмы на пути светового потока от рассеивателя.

Это соотношение позволяет вычислить мутность в от­носительных единицах, т. е. τ / τ_p.

Если рассеиватель предварительно отградуировать по эталонной призме с известной мутностью τ_эт, тогда по ре­зультатам нефелометрических измерений можно вычис­лить мутность в абсолютных единицах.

Равенство световых потоков, идущих от эталонной призмы и от рассеивателя, в этом случае можно выразить уравнением:

τ_эт ∙ 100 = τ_p ∙ n_p.эт (3.13)

где n_p.эт — степень раскрытия диафрагмы, находящейся на пути светового потока от рассеивателя.

Объединение двух предыдущих выражений дает урав­нение для расчета мутности исследуемого раствора в абсо­лютных единицах:

(3.14)

Приборы и реактивы. 1. Нефелометр с ультратермо­статом и кюветой. 2. Пипетки на 5 см³ и 20 см³. 3. Вод­ный раствор ПАВ, например, додецилсульфата натрия или препарата ОП-Ю. 4. Обеспыленная вода или бидистиллят.

Порядок выполнения работы. В цилиндрическую кю­вету наливают 20 см³ исследуемого раствора ПАВ и кюве­ту помещают в камеру нефелометра с дистиллированной водой. Через 15-20 мин, когда установится одинаковая температура в кювете и камере, проводят измерения. При этом диафрагма должна быть полностью открыта, показа­ния барабана — 100. Далее, постепенно закрывая диаф­рагму, находящуюся на пути светового потока, добивают­ся одинаковой освещенности обеих половин поля зрения прибора и записывают показания n_р соответствующего отсчетного барабана. Измерение проводят четыре раза и вычисляют среднее значение n_{р ср}.

После этого из кюветы отбирают пипеткой 4 см³ ра­створа, добавляют 4 см³ бидистиллята, перемешивают стеклянной палочкой и через 15- 20 мин проводят изме­рения. Подобным образом проводят разбавления и изме­рения 3-4 раза.

По формуле (3.14) рассчитывают мутность исследуе­мых растворов (значения τ_эт и n_{р эт} указываются препода­вателем). Затем по формуле (3.10) вычисляют значение Н

(значения п, п₀ указываются преподавателем). Получен­ные результаты записывают в таблицу 24.

Анализ результатов.

1. По данным таблицы 24 строят график H∙c/τ = f(c).

2. Экстраполяцией прямой на ось ординат определяют мицеллярную массу ПАВ в растворе.

Форма отчета. Отчет должен содержать наименование и описание цели работы, краткий конспект теоретической части, описание методики проведения эксперимента, таб­лицу экспериментальных данных, график и расчет ми­целлярной массы, вывод.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется мицеллярной массой, от чего она зависит?

2. Что называется мутностью?

3.В чем состоит сущность нефелометрического метода опреде­ления мицеллярной массы?

1 Золи золота, приготовленные Фарадеем в 1851 г., устойчивы до сих пор.