Практикум_KX_2004

1000 Гц методом автоматического уравновешивания измерительной цепи с помощью автоматического моста переменного тока с цифровым отсчетом Р5058 (далее МОСТ). После включения электропитания генератор МОСТа формирует синусоидальное напряжение частотой 1000 Гц, которое подается на подсоединенный объект измерения, в режиме автоматического запуска начинается операция выбора поддиапазона, а затем происходит уравновешивание МОСТа внутри поддиапазона с учетом компенсации паразитных параметров, влияющих на погрешность измерения. В результате на цифровом табло появляется значение сопротивления объекта измерения в виде мантиссы из 4−х цифр, плавающей запятой и масштабного множителя "Ω", "kΩ", "MΩ" − умножить на 1Ω, 103 Ω, 106 Ω соответственно. В исходном состоянии на лицевой панели МОСТа нажаты кнопки:

1) Измерение, RLX,L; 2) Частота, 103 Гц; 3) Запуск, АВТ. Объект измерения подключен к МОСТу по четырехзажимной схеме.

Необходимо включить тумблер "СЕТЬ" и через 1 мин МОСТ будет готов к работе. В режиме работы с автоматическим запуском оператор должен дождаться устойчивой индикации измерения и зафиксировать его, неустойчивые показания свидетельствуют о некачественном контакте при подключении измерительной ячейки.

Порядок выполнения работы

1. Определяют электросопротивление R0 , Ом, стандартного раствора КСl (концентрация 0,01 кмоль/м3) с целью последующего вычисления постоянной K кондуктометрической (измерительной) ячейки. Стандартный раствор наливают в вымытый и высушенный измерительный сосуд в строго определенном, во всех последующих опытах одинаковом количестве (обычно 2 пипетки по 10 см3), помещают в термостат, отрегулированный на заданную температуру 25оC, а затем проводят измерение сопротивления R0 с помощью МОСТа. Об установлении заданной температуры в растворе судят по неизменной величине сопротивления R0 . Поскольку повышение температуры на

51

1оС вызывает увеличение удельной электропроводности водных растворов на 2 − 2,5 %, необходимо следить за постоянством температуры. Константу сосуда следует рассчитать по формуле (4.12), принимая для раствора KCl ω0 = 0,1413 Cм м–1. Закончив измерения, выливают содержимое ячейки в слив и дважды ополаскивают ячейку дистиллированной водой.

2. Определяют электросопротивление R раствора исходной концентрации заданного ПАВ. Затем раствор последовательно разбавляют в два раза дистиллированной водой, для чего из ячейки пипеткой отбирают 10 см3 раствора и добавляют 10 см3 воды. Оставляют раствор на 3 − 8 мин для термостатирования, после чего определяют сопротивление полученного раствора. Измерения проводят для восьми растворов (концентрация каждого последующего в два раза ниже предыдущего), при T = 298 К. Определяют удельную электропроводность растворов ω= K / R , данные заносят в табл.4.1.

Таблица 4.1 − Результаты кондуктометрических измерений для растворов ПАВ

λ = f ( C ) .

52

Рисунок 4.3 − Зависимость эквивалентной электропроводности раствора ПАВ от

C

4. Определяют ККМ по кривой λ = f ( C ) (рис. 4.3). Для этого к восходящей и нисходящей ветви кривой строят касательные, которые пересекаются во вспомогательной точке. Через эту точку из начала координат проводят прямую до пересечения с кривой λ = f ( C ) , проекция этого пересечения на

ось абсцисс соответствует ККM .

5. Определив ККМ при разных температурах, строят график зависимос-

4.1. Задания к лабораторной работе 4

Определить критическую концентрацию мицеллообразования (ККМ) водных растворов, рассчитать термодинамические функции GM0 , HM0 , SM0 процесса мицеллообразования.

1. Стеарат натрия (C17H35COONa)

Контрольные вопросы

1.В чем причины ассоциации молекул ПАВ в водных растворах?

2.Каков механизм стабилизации эмульсии с помощью ПАВ?

3.Каково строение мицеллы мыла в разбавленном и концентрированном водном растворе?

4.Как изменяется интенсивность пенообразования с ростом концентрации ПАВ?

56

5.Какие существуют способы определения ККМ в водных растворах?

6.Что такое "число мицеллярной агрегации", от чего оно зависит?

7.Как влияют на мицеллообразование температура и давление?

8.Какие факторы влияют на солюбилизирующую способность водных растворов ПАВ?

9.В чем сущность явления обращения фаз в эмульсиях?

10.Почему для отмывания загрязненных поверхностей иногда используют кальцинированную соду (Na2CO3)?

11.Объясните, что произойдет, если к раствору C17H33COONa в воде добавить концентрированный раствор NaCl?

12.Как процесс мицеллообразования проявляется на графике "моющее

действие − концентрация ПАВ" для ПАВ в коллоидном состоянии?

13.Как влияют электролиты на размер и форму мицелл ПАВ?

14.В чем отличие анионактивных и катионактивных ПАВ? Приведите примеры, укажите области применения.

15.Почему не желательно стирать мылом изделия из шерсти, шелка, некоторые синтетические ткани?

16.По каким признакам определяется ККМ?

17.С какими коллоидно-химическими свойствами ПАВ связана их моющая способность?

18.Почему после длительного покоя 3 − 5 % раствора C17H33COOK при встряхивании возникают искрящиеся слои, нити (шлирен-эффект)?

19.Как влияет на солюбилизирующую способность ПАВ в водных растворах длина алифатической цепи?

20.Чем отличаются ПАВ в коллоидном состоянии и истиннорастворимые ПАВ?

21.У какого раствора в воде ККМ выше: децилсульфата натрия или

C12H25SO4K?

22.Как зависит ККМ от числа атомов углерода алкильной цепи ПАВ?

23.Каково назначение так называемых наполнителей в продаваемых стиральных порошках?

57

24.Какой вид имеет зависимость "осмотическое давление − концентрация ПАВ" для коллоидных ПАВ в воде?

25.Как влияет температура на ККМ ионогенных ПАВ?

26.Какие факторы влияют на солюбилизирующую способность водных растворов ПАВ?

27.В античности использовали некоторые сорта глин для мытья тела и одежды. На чем основано моющее действие глин?

28.Какой вид имеет зависимость "эквивалентная электропроводность − концентрация ПАВ" λ = f (C) для коллоидных ПАВ в воде?

29.Как влияет на ККМ природа органических растворителей?

30.Как определить, пригодно ли ПАВ в данной воде для мытья поверх-

ностей?

31.Почему при нагревании мыльного раствора исчезает опалесценция?

32.Какой вид имеет зависимость "поверхностное натяжение − концентрация ПАВ" σ = f (C) для коллоидных ПАВ в воде?

33.От чего зависит форма мицелл в растворах коллоидных ПАВ?

34.Когда наблюдается солюбилизация, каково ее практическое приме-

нение?

35.Какие ПАВ имеют наиболее низкие значения ККМ − анионные, катионные или неионогенные и почему?

36.Какой вид для коллоидных ПАВ в воде имеет зависимость "мут-

ность − концентрация ПАВ" τ = f (C) ?

37.Каковы принципы подбора ПАВ для стабилизации прямых и обратных эмульсий, что такое "ГЛБ"?

38.Почему калиевые мыла мягче и более растворимы, чем натриевые, полученные из той же кислоты?

39.Каково влияние добавок индифферентного электролита на ККМ ионогенных и неионогенных ПАВ?

40.Какой вид для коллоидных ПАВ в воде имеет зависимость "вяз-

кость − концентрация ПАВ" η= f (C) ?

58

41.Как и почему влияет длина углеводородного радикала на ККМ в растворителях различной полярности?

42.Как ориентируются молекулы ПАВ в мицеллах, находящихся в полярных и неполярных растворителях?

43.Каковы важнейшие признаки мицеллообразующих ПАВ?

44.Какие методы определения поверхностного натяжения пригодны для коллоидных ПАВ?

45.Что такое "точка помутнения", как она определяется?

46.В чем проявляется влияние мицеллообразования на пенообразующие свойства растворов ПАВ?

47.В чем заключается механизм моющего действия растворов ПАВ?

48.Что такое "точка Крафта", как она определяется?

49.Почему при концентрациях, превышающих ККМ, поверхностное натяжение растворов ПАВ практически не изменяется?

50.В чем заключается механизм стабилизирующего действия ПАВ?

51.Почему некоторые ткани сморщиваются после стирки?

52.Какой вид имеет диаграмма состояния раствора коллоидного ПАВ в

воде?

53.В чем состоит и где применяется явление мицеллярного катализа?

54.Как получают мицеллярные эмульсии, где их используют?

55.Каков механизм моющего действия мицеллообразующих ПАВ в спиртовых растворах?

56.В чем отличия определения поверхностного натяжения для истинных и коллоидных ПАВ методом Ребиндера?

57.Как экспериментально определить форму мицелл?

58.Является ли процесс мицеллообразования фазовым переходом?

59.Что такое микроэмульсии, как их получают и используют?

60.Что называется "самоэмульгированием", что для этого нужно?

Литературa: [l, с.333−351; 2, с.400−416; 3, с.316−325; 4, с.187−191; 5, c.132−135]

59

Работа 5. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В КОЛЛОИДНЫХ СИСТЕМАХ

Цель работы − определение электрокинетического ξ–потенциала в коллоидной системе методом электрофореза или электроосмоса, изучение влияния концентрации электролита на величину ξ–потенциала.

Теоретические сведения

Электрокинетические явления − один из примеров, наиболее ярко характеризующих определяющее значение процессов, происходящих на поверхности раздела фаз в системах коллоидной степени дисперсности.

Электрокинетические явления связаны с возникновением двойного электрического слоя (ДЭС) на границе раздела фаз. Это электрофорез, элек-

троосмос, потенциал седиментации и потенциал течения. Наиболее дос-

тупны и поддаются надежному экспериментальному определению результаты, получаемые при исследовании электрофореза и электроосмоса.

Электрофорезом называется движение частиц дисперсной фазы относительно дисперсионной среды к одному из электродов под действием внешнего электрического поля. Он обнаруживается экспериментально по выделению на одном из электродов (или около него) частиц дисперсной фазы, а также по смещению границы "коллоидный раствор − дисперсионная среда" к одному из электродов.

Внешнее электрическое поле действует на заряды двойного ионного слоя: ионы диффузного слоя, подвижные и слабо связанные с поверхностью, смещаются относительно коллоидной частицы в направлении противоположнозаряженного электрода; коллоидная частица, имеющая за счет ионов внутренней обкладки избыточный заряд другого знака, перемещается соответственно в сторону, противоположную перемещению диффузных ионов.

Перемещаясь в ионном растворе, коллоидная частица одновременно теряет и приобретает диффузные противоионы, оставаясь практически электронейтральной во время движения; одновременно происходят процессы раз-

60