5.1.1. Методы исследования поверхностного натяжения жидкости
Существует много способов определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости σ. В условиях аптеки чаще всего используютметодотрывакапель(рис. 5.2).
Рис. 5.2.К расчету коэффициента поверхностного натяжения методом отрыва капель
Очевидно, что в момент отрыва капли сила поверхностного натяжения F=2πRσравна силе тяжестиm1g. В прибор заливается заданный объем жидкостиV. Масса одной каплиm1 =ρV/n, гдеρ— известная плотность жидкости, аn — число упавших капель, которое и подсчитывается. Измерение производится путем сравнения неизвестной жидкости с параметрамиσ,ρ,nс известной жидкостью, характеризуемой величинамиσ0,ρ0,n0. Основное допущение при расчетах состоит в том, что радиус шейки каплиRсчитают равным радиусу трубки (капилляра)r.
Найдем:
(5.4)
5.1.2. Адсорбция
Адсорбциейназывается явлениесгущения газообразного или растворенного вещества на поверхности раздела фаз. Подробно адсорбция изучается в курсе коллоидной химии. Здесь будут изложены лишь элементы соответствующих представлений.
Начнем с определений. Более плотная фаза(жидкость или твердое тело, на поверхности которых происходит адсорбция) называетсяадсорбентом.Менее плотная фаза(газ, растворенное вещество, которое адсорбируется на поверхности адсорбента) называетсяадсорбтивом. Адсорбент с адсорбированным на нем адсорбтивом называетсяадсорбатом.
Весьма грубо силы, действующие между молекулами адсорбтива и поверхностью адсорбента, можно разделить на силыВан-дер-Ваальсовы(слабые) исилы химические (сильные). Ван-дер-Ваальсовым силам соответствуют энергии типа потенциальнойэнергии Леннард–Джонса, а химическим силам — энергиихимической связи.
Важнейшей характеристикой адсорбции является поверхностная концентрация адсорбтива α — количество адсорбтива (адсорбированного вещества), приходящееся на единицу площади поверхности адсорбентаα=ν/S; [α]=моль/м2.
Простейшая теория адсорбциибыла создана Ирвингом Ленгмюром. Эта теория основана на представлении о существовании на поверхности адсорбента «активных центров». Активными центрами называются малые области на поверхности, такие, что молекулы адсорбента из этих областей легче связываются с молекулами адсорбтива. Конечно, в таком определении часто бывает элемент тавтологии. Действительно, на вопрос: «Что такое эти малые области?» ответ будет: «Это активные центры». Сам Ленгмюр представлял, что активные центры — это возвышенности, пики на адсорбирующей поверхности. С примитивной точки зрения в активных центрах усиливается электрическое поле, сгущаются линии напряженности вокруг острия.
Представление об активных центрах приводит к заключению, что α≤αmax, гдеαmax— поверхностная концентрация адсорбтива, при которой все активные центры заняты. С другой стороны, если считать, что с одним активным центром связывается одна молекула адсорбтива (мономолекулярная теория адсорбции), тоαопределяется давлением (парциальным давлением)р. Ведь именно давление в идеальном газе определяется числом молекул, пришедших (столкнувшихся) к поверхности в единицу времени.
В результате Ленгмюр предложил уравнение изотермы адсорбции в виде (закон Ленгмюра):
(5.5)
Величина 1/Аназываетсяконстантой равновесия. СамоАи, соответственно, 1/Ане зависят от поверхностной концентрацииα.