7.Сформулируйте основные положения теории Ленгмюра и запишите уравнение изотермы адсорбции.

8. Проанализируйте уравнение Ленгмюра: при а) C → ∞ ; б) C →0 ; в) Г = Г∞ / 2 . Чему равна константа k ?

9.Пояснить термины «мономолекулярная адсорбция» и «полимолекулярная адсорбция».

10.Входят ли в теорию Поляни представления о локализованной адсорбции? Ответ обоснуйте.

11.Что такое адсорбционный объем, адсорбционный потенциал, характеристическая кривая?

12.Каковы основные положения теории БЭТ и ее практическое значение? Какую важнейшую характеристику адсорбента получают, пользуясь этой теорией?

13.В чем заключаются особенности адсорбции из растворов?

14.Будет ли отличаться ориентация молекул ПАВ при адсорбции из водных растворов на угле и силикагеле?

15.Смачивание. Краевой угол смачивания. Закон Юнга.

16.Растекание жидкости по поверхности другой жидкости. Эффект Марангони.

17.Адсорбционное понижение прочности. Применение в практических целях.

Лабораторная работа № 6

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЯЗКОСТИ РАСТВОРОВ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫХ ВЕЩЕСТВ

ИРАСЧЕТ ИХ МОЛЯРНОЙ МАССЫ

1.Краткое теоретическое введение

Квысокомолекулярным веществам (ВМВ) относят соединения

смолярной массой 104—106 г/моль и выше. Они могут быть природного или синтетического происхождения. Растворы ВМВ в отличие от лиофобных коллоидных растворов являются гомогенными, термодинамически устойчивыми, лиофильными, обратимыми системами. Они образуются самопроизвольно и относятся к ис-

40

тинным молекулярным растворам. Но у растворов ВМВ есть общее и с лиофобными коллоидными растворами — это размер частиц. Отсюда сходство многих физико-химических свойств: оптических, реологических (вязкость), диффузии, явлений осмоса и др.

Важной количественной характеристикой ВМВ является молярная масса. Существуют различные методы определения молярной массы полимеров. Многие из них сложны, поэтому широко используют менее точный, но простой и доступный метод — вискозиметрию.

Вязкость разбавленных растворов ВМВ с жесткими палочкообразными молекулами связана с молярной массой и концентрацией уравнением Штаудингера:

где η и η0 — вязкость раствора и растворителя соответственно, Па∙с; ηуд — удельная вязкость раствора; К — константа для данного полимергомологического ряда в определенном растворителе;

М— молярная масса ВМВ; С — массовая концентрация ВМВ. Уравнение Штаудингера (6.1) применимо только для определе-

ния молярных масс ВМВ, которые не превышают 80 000 г/моль. Исходя из уравнения (6.1) получают соотношение

где ηпр — приведенная вязкость, которая не должна зависеть от концентрации.

В действительности ηпр увеличивается с ростом концентрации, что объясняется взаимодействием макромолекул друг с другом. Во многих случаях постоянная K из уравнения (6.1) зависит от молярной массы ВМВ, уменьшаясь с ростом длины макромолекул.

В табл. 6.1 приведены характеристики различных видов вязкости растворов и соотношения между ними.

41

Таблица 6.1

Виды вязкости, их обозначения, соотношения между ними

С учетом взаимодействия макромолекул в разбавленных растворах для определения молярной массы ВМВ в настоящее время используется модифицированное уравнение Штаудингера:

Величина α характеризует форму макромолекул в данном растворителе и связана с гибкостью цепей макромолекул. Значения α обычно лежат в пределах 0,5—1,0, где α = 0,5 — свернутая, α = 1,0 — развернутая конфигурация.

Если последние в данном растворителе находятся в развернутом виде, то растворы ВМВ имеют бо́льшую вязкость, если же макромолекулы свернуты в клубки, то вязкость растворов при той же концентрации будет меньше.

Значения K и α для некоторых ВМВ приведены в табл. 6.2.

Пример: К ∙ 10–4 = 1,32, следовательно, К = 1,32 · 104.

42

2. Цели работы

1.Определить вискозиметрическим методом относительную вязкость растворов ВМВ различных концентраций.

2.Рассчитать удельную, приведенную и характеристическую вязкость.

3.Рассчитать молярную массу ВМВ.

3.Реактивы и оборудование

0,5%-ные водные растворы желатина или крахмала.

Мерная колба 25 см3; плоскодонные колбы 50 см3 (3 шт.); градуированная пипетка 10 см3.

Здесь и далее в методических указаниях: 1 см3 = 1 мл.

Вискозиметр Оствальда; штатив; секундомер.

4. Порядок выполнения работы

Из исходного раствора ВМВ концентрацией 0,5 % приготовить еще два раствора методом двойного разбавления, используя для этого мерную колбу на 25 мл.

Укрепить в штативе строго вертикально чистый, промытый дистиллированной водой вискозиметр. С помощью пипетки внести в широкое колено вискозиметра 10 мл дистиллированной воды. Затем грушей затянуть жидкость в узкое колено выше верхней метки и дать жидкости свободно течь. При прохождении уровня жидкости через верхнюю метку включить секундомер; когда жидкость достигнет нижней метки — выключить. Определить время истечения t0 воды не менее трех раз. По результатам отсчетов рассчитать среднее значение времени tср истечения чистого растворителя — дистиллированной воды. Освободить вискозиметр.

Ополоснуть вискозиметр небольшим количеством самого разбавленного раствора, после чего внести в широкое колено вискозиметра 10 мл данного раствора. Измерить время истечения t этого раствора не менее трех раз и рассчитать среднее значение времени истечения tср Опыт повторить для всех растворов ВМВ. Полученные результаты внести в табл. 6.3.

43

Таблица 6.3

Экспериментальные данные по определению вязкости растворов ВМВ

5. Обработка экспериментальных данных

Рассчитать относительную, удельную и приведенную вязкость, используя средние значения времени истечения t0 растворителя и времени истечения t растворов [формулы (6.4)—(6.6)]:

где C — концентрация растворенного вещества в г на 100 см3 растворителя; так как растворы разбавленные, принять C =ω.

Полученные значения вязкостей внести в табл. 6.3.

Построить график зависимости приведенной вязкости от концентрации раствора ВМВ по данным табл. 6.3, по которому определить характеристическую вязкость η (рис. 6.1).

Рассчитать молярную массу ВМВ, используя формулу (6.7), значения α и К взять из табл. 6.2:

44

Рис. 6.1. Определение характеристической вязкости

6. Выводы по работе

1.Определите, как влияет концентрация ВМВ на величину относительной вязкости, по данным табл. 6.3.

2.Проанализируйте полученное значение величины М (соответствует ли она молярным массам высокомолекулярных веществ).

3.Почему выделяют относительную, удельную, приведенную вязкость? Объяснить, какая связь между ними. В чем принципиальное отличие характеристической вязкости от других видов вязкости (при ответе использовать математическое определение характеристической вязкости). Почему величина характеристической вязкости может быть найдена способом, изображенным на рис. 6.1?

7. Вопросы для контроля

1.Какие вещества называют ВМВ?

2.Почему растворы ВМВ относят к коллоидным растворам?

3.Каковы особенности свойств растворов ВМВ?

4.В чем проявляются аномалии вязкости растворов ВМВ и каковы их причины?

45