Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Практические работы по физической химии. Часть 2. Для студентов 4 курса очной формы обучения, обучающихся по специальности 050101.65 — «Химия» и по на
.pdf
Неорганическиекислоты,основанияисолиявляютсяповерх-
5,331−=
+nn
g
g
ностно-инактивными, а сахара — поверхностно-нейтральными
веществами. Дюкло и Траубе установили экспериментальное
правило,согласнокоторомуповерхностнаяактивностьиадсорбциягомологовПАВвозрастаетв3–3,5разаприувеличенииуглеводороднойцепинакаждуюСН2-группу,тоесть:
. (2.5)
Например,поверхностнаяконцентрация(адсорбция)изоамиловогоспиртав3разавышеадсорбцииизобутиловогоспиртаив9раз
больше адсорбции изопропилового спирта. Правило (2.5) выполняетсялишьдляводныхрастворовПАВивобластинизкихконцентраций. Для растворов ПАВ в неполярных растворителях поверхностнаяактивность,наоборот,уменьшаетсяприувеличениидлины
углеводородногорадикала(обращенноеправилоТраубе).
21
1
2
3
4
5
6
7
Поверхностное натяжение растворов ПАВ определяется
пометодуРебиндерасиспользованиемприбора,схемакоторого
изображенанарисунке8.
Рис. 8. СхематическоеизображениеприбораРебиндера
дляизмеренияповерхностногонатяжения:
1—трубкаскапилляромК,которыйпогружаетсявжидкость
неболеечемна1мм;
2—пробиркасисследуемойжидкостью,заканчивающаясязажимом3;
4—манометр;
5—аспираторсводой,заканчивающийсязажимом6;
7—стакандляслива
Через капилляр, погруженный в исследуемую жидкость,
сверхуподаетсявоздух,ина концекапилляраобразуетсяпузырек.Поверхностноенатяжениежидкостипрепятствуетобразованиюпузырька.Давлениевкапилляреувеличиваетсядотехпор,
22
покапузыреквоздуханеприметформуполусферы.Послеэтого
00
P
P
=
σ
σ
для отрыва пузырька нетребуется давление.В момент отрыва
пузырька избыток давления впузырьке Р над внешним давлением пропорционален поверхностному натяжениюжидкости σ.
Длядвух жидкостейс различными значениямиповерхностного
натяженияsиs
Р иР
—избытки давленияприпроскокепузырькав жидкость
0
можнозаписатьпропорцию
0
(2.6),где
снатяжениемσиσ0соответственно.
Поформуле(2.6)можнорассчитатьповерхностноенатяжение
водныхрастворовs,еслиизвестныσ
жидкостьюсизвестнымповерхностнымнатяжениемσ
иР0.Вметодесравнения
0
является
0
дистиллированнаявода.Значенияσ0зависятоттемпературы,как
видноизсправочныхданных(табл.2).
t,oC 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
,
σ
0
дн/см
72,59 72,44 72,28 72,13 71,96 71,82 71,66 71,50 71,35 71,18
: определить поверхностное натяжение водных
растворовизопропиловогоспиртаразличнойконцентрацииипроверитьвыполнимостьуравненияШишковского.Построитьизотермуадсорбцииизопропанола.ПроверитьправилоДюкло-Траубе—
влияниестроенияПАВ-гомологовнаповерхностнуюактивность.
приборРебиндера,стаканыобъемом
50мл—6штук,воронкидляфильтрования,фильтровальнаябумага.
дистиллированнаявода,водныерастворыПАВ—
раствор изо-пропилового спирта с концентрацией 0,5 моль/ли
растворы изобутилового и изоамилового спиртов с концентрацией0,05моль/л.
• Подготовьте к работе прибор Ребиндера: налейте воду
васпиратордометки, промойте пробиркуи залейтев нее дис-
23
тиллированнуюводудо уровня погружения капилляра. Плотно
закройте трубку и проверьте образование пузырьков воздуха
привыливанииводыизаспираторавстакан.Длязаполненияпробиркииаспиратора обязательнопользуйтесьворонками,чтобы
жидкостинепопадали всоединительнуютрубку4(онадолжна
бытьсухая!).
• Примедленномвыливаниижидкостиизаспираторанакон-
цекапилляраобразуютсяпузырькивоздуха,которыепроскакивают
черезжидкость,приэтомразностьмеждуатмосфернымдавлением
идавлениемвнутрипузырька максимальная,максимальнаиразностьзначенийуровняводывманометре—h
• Произведитенеменеетрехизмеренийh
средниезначенияиихразностьР=h
max
–h
иh
max
min
иh
.
min,
найдите
max
вммрт.ст.(наибо-
min
лееточныеизмеренияприотрывепузырькаоткапилляра).Значенияh
max
иh
запишитевтаблице3.
min
σσ
σ
С
№
моль/л
h
max
h
minhmax,срhmin,ср
0 P
σ
Т
Р,
ммрт.ст.
=… σ0=… 0
0
σ,
дн/см
Δσ lnC
1 0,05
2 0,10
3 0,20
4 0,30
5 0,40
6 0,50
• Вылейтеводуизпробирки.Фильтровальнойбумагойпро-
сушитекапилляр.Добавьтедометкиводываспиратор.
• Приготовьте растворы ПАВ разной концентрации, ис-
пользуя рабочий раствор изопропилового спирта с концентрацией0,5моль/л.
24
• ЗаполнитепробиркурастворомПАВснаименьшейконцен-
трациейиизмерьтеh
max
иh
.Послеокончанияизмеренийнеза-
min
будьтеудалитьрастворизкапилляраидолитьводуваспиратор.
• Повторитеизмерениядлярастворовдругихконцентраций
впорядкеихвозрастания(вэтомслучаепробиркуможнонепромывать).
• После окончания опытовс изопропиловым спиртом про-
биркуикапиллярприбораРебиндеранадохорошопромытьводой!
• Заполните пробирку раствором изобутилового спирта
С =0,025моль/л(рабочийрастворразбавьтев2раза),повторите
измеренияh
max
иh
min
.
• Послеокончанияработысизобутиловымспиртомпробир-
куикапиллярхорошопромытьводой.
• Заполните пробирку раствором изоамилового спирта
С =0,0125моль/л(рабочийрастворразбавьтев4раза).Повторитеизмеренияh
max
иh
min
.
1) Поэкспериментальнымданнымтаблицы3,длярастворов
изопропиловогоспирта постройте изотермуповерхностногонатяжения.
2) Проверьте выполнимость уравнения Шишковского:
постройтеграфикΔσ=f (lnC).Определитеобластьлинейности,
длякоторойнайдитеtgαиb.Пополученнымзначениямрассчи-
,S
тайтеА
max
0
иВ.
3) Определитеповерхностнуюактивностьметодомграфическогодифференцирования,какпоказанонарисунке9.
4) Рассчитайтепоформуле(2.1)величиныадсорбциидлярастворов разной концентрации (значение R = 8,31 · 107 эрг/моль,
T—температуравК).
5) Постройте изотерму адсорбции изопропилового спирта.
Иззначенияσ
проведитеусредняющуюэкспериментальныеточ-
0
киплавнуюлинию.
6) ПроверьтевыполнимостьправилаДюкло-Траубедлярастворовкислот-гомологовнизкойконцентрации.
25
Рис. 9. изотермы
12
21
12
12
CCCCC
g
−
−
=
−
−
−=
∆
∆
−=
σσσσ
σ
CC
g
σσ
σ
−
=
∆
∆
−=
0
0
3
0,05
g
σσ
−
=
поверхностногонатяженияраствораПАВдляопределения
поверхностнойактивности
Полученноезначениеgотвечаетконцентрации(С1+С2)/2
моль/л
0,025
0,075
0,150
0,250
0,350
0,450
• Сделайтерасчет поверхностной активности по формуле:
С,
ΔС Δσ g=–Δσ/ΔС
,такдляизопропиловогоспирта:
Г,
моль/см
2
,
26
дляизобутилового:
025,0
0
4
σσ
−
=g
0125,0
0
5
σσ
−
=g
,дляизоамилового:
гдеσ0 — поверхностное натяжениеводыпри температуреопыта(см.табл.2).
• Соответствуютлиотношенияg4/g3,g5/g4и g5/g3правилу
Дюкло-Траубе?
Вопросы для самоконтроля:
1. Приведите примеры различных ионогенных (катионных,
анионныхиамфотерных)инеионогенныхПАВ.
2. Какому строению поверхностного слоя отвечает максимальнаяадсорбция?ПочемуврастворахПАВ-гомологовмаксимальнаяадсорбцияодинаковая?
3. Нарисуйте на одном графике изотермы поверхностного
натяженияводныхрастворовмасляной,уксуснойипропионовой
кислот.
4. Нарисуйте на одном графике изотермы адсорбции этих
кислот.
,
27
При рассмотрении адсорбции израстворов на поверхности
твердоготеласледуетучитывать,чтокромемолекулрастворенноговеществанаповерхностиадсорбентамогутадсорбироватьсяимолекулырастворителя.Увеличениеадсорбцииодногокомпонента приводит к уменьшению адсорбции другого.Характер
действующихсили,следовательно,величинаадсорбциизависят
отстроенияиприродырастворенноговещества,свойствповерхностиадсорбентаиприродырастворителя.
Эмпирическоеправилоговоритотом,чточемлучшевещество
растворяетсяврастворителе,темхужеоноизэтогорастворителя
адсорбируется.Полярныевеществалучшеадсорбируютсянаполярномадсорбенте изнеполярногорастворителя,а неполярные
вещества—нанеполярныхадсорбентахизполярныхрастворителей.Кнеполярнымгидрофобнымадсорбентамотносятсяуголь,
сажа,сульфиджелеза, которыехорошоадсорбируютизводных
растворов.Полярныегидрофильныеадсорбенты (каолин,оксид
алюминия,оксидкремнияит.д.) лучшеадсорбируютвещества
изуглеводородныхрастворителей.
Рис. 10.Структурнаяформуламетилоранжа
Рис. 11.Структурнаяформуламетиленовойсини
28
:определениевлияния природырастворителя,
адсорбентаиадсорбатанаадсорбциювеществизрастворов.
стаканыобъемом50мл—6штук, воронки
дляфильтрования,фильтровальнаябумага.
активированный уголь, раство-
рыFeCl3,метиленовой сини,метилоранжаи K2Cr2O7,этиловый
спирт,ацетон,гептан,хлороформ,дистиллированнаявода.
• Приготовьтеводнойпробирке5млводно-спиртовогорас-
творакрасителя(раствор1),автрехдругихпо5млводногораствора метилоранжа с одинаковыми концентрациями. Для приготовления этихрастворов необходимовзять по 2,5млводного
растворакрасителя:впробирку1добавить2,5млспирта,авпробирки2,3и4по2,5млводы.
• Опуститеврастворы0,1 гили 1/2таблеткиугляивзбол-
тайте.
• Через45минотфильтруйтерастворыотуглянабумажном
фильтреи сравните интенсивность окраски растворов 1и 2–4.
Выводиегообъяснениезапишитев лабораторныйжурнал.Отфильтрованныйугольсрастворов2–4невыбрасывайтеииспользуйтевопыте4.
• Вчетырепробиркиналейтепо5млраствораFeCl
новойсини,метилоранжаиK
2Cr2O7
.
,метиле-
3
• Добавьтепо0,1гили1/2таблеткиуглявкаждуюпробирку
ивзболтайте.
• Через15 мин отфильтруйтерастворыотугляи сравните,
какизмениласьокраскарастворовпослеадсорбции.
• Угольпосле фильтрациииз пробирокскрасителями про-
мойтеводой(3–5мл).Вымываетсяликрасительводой?Промойтеуголь3–5млацетона.Объяснитенаблюдаемоеявление.
29
Адсорбентомвэтомопытеявляетсяфильтровальнаябумага,
поверхность волокон которой при смачивании водой заряжается отрицательно за счет поверхностных гидроксильных групп.
Насухуюфильтровальнуюбумагунанесите с помощью пипеткипооднойкаплеметилоранжаиметиленовойсини.Постепени
растеканиякапельдвухкрасителейопределитекакиепознакузарядынесутокрашенныеионы{Кр}–{Кр}+.Каплясотрицательными ионами в силу их электростатического отталкивания от
поверхности капилляровбумагирастекается (кислотный краситель),а каплясположительнымиионами(основнойкраситель)
нерастекается,образуяконцентрированноепятно.
• Используйтеотфильтрованныйугольсрастворов2–4(опыт1).
• Промойтеугольтремяразнымирастворителямиизпредло-
женногосписка—хлороформ,ацетон,гептан.Вкакомизрастворителейлучшедесорбируетсякраситель?Объяснитерезультаты,
сравнивдиэлектрическиепроницаемостирастворителейε.
Вопросы для самоконтроля:
1. Какой процесс называется десорбцией? Предложите на-
боррастворителейдлядесорбциикрасителейсповерхностиугля.
2. Приведитепримерыполярныхинеполярныхадсорбентов.
Предложитеадсорбентдляудаленияфенолаизводы.
3. Почемувработе8гексацианоферраткалиянесорбировал-
сянаповерхностиграфитовыхэлектродов?
4. НарисуйтерасположениемолекулПАВнаполярноминеполярном твердом адсорбенте. Какой полярности должен быть
растворитель?
5. Почемувработе8гексацианоферраткалиянесорбировалсянаповерхностиграфитовыхэлектродов?
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]