Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физическая химия. Лабораторный практикум-1
.pdf
c
11
+c
Г
=
bZ Z
.
(13.4)
Найдя из опытных данных отношение с/Г для всех значений с и
отложив по оси абсцисс с, а по оси ординат с/Г, получают прямую,
тангенс угла наклона которой к оси абсцисс равен 1/Z, а отрезок, отсекаемый на оси ординат, – 1/(bZ). Определив таким образом Z и b,
подставляют их значения в уравнение (13.1), вычисляют Г для всех
концентраций и снова строят изотерму адсорбции на том же графике,
где была построена опытная изотерма.
13.3. Порядок выполнения работы
1. Налить в пять колб по 25 мл уксусной или муравьиной кислоты,
примерные концентрации которых приведена в табл. 13.1 (точная
концентрация кислот определяется титрованием).
Таблица 13.1
Примерная концентрация кислоты
Примерная концентрация, моль/л Номер колбы
Уксусная кислота Муравьиная кислота
1 1 2
2 0,5 1
3 0,25 0,5
4 0,125 0,25
5 0,0625 0,125
2. Поместить в каждую колбу по 1 г активированного угля. Колбы
закрыть пробками, установить в орбитальный шейкер (рис. 13.1) и
взбалтывать в течение 40 мин.
3. Для определения концентрации исходных растворов оттитровать растворы уксусной (или муравьиной) кислоты 0,1 N раствором
NaOH. Для титрования 1-го и 2-го растворов уксусной кислоты высокой концентрации взять по 2 мл, а для титрования остальных – по
5 мл. Для титрования 1-го и 2-го исходных растворов муравьиной
кислоты взять по 1 мл, а для титрования остальных – по 2 мл. Перед
титрованием пробы необходимо разбавить 25 мл воды.
4. После взбалтывания растворы отфильтровать через сухие
фильтры; фильтраты титровать раствором NaOH, взяв их для титрования в таких же количествах, как и исходные растворы.
111
Рис. 13.1. Орбитальный шейкер
Рис. 13.2. Лабораторное оборудование для титрования
Концентрации кислот определяют из закона титров:
V
где V
кисл
и с
кисл
, V
щел
и с
кисл скисл
щел
= V
щел сщел
– объемы и концентрации растворов ки-
, (13.5)
слоты и щелочи.
Если обозначить начальную концентрацию через с
, а концентра-
0
цию после адсорбции через с, то число молей адсорбированного вещества равно
112
Г = 0,025(с0 – с), (13.6)
так как объем раствора, из которого адсорбировалась уксусная (или
муравьиная) кислота, был равен 25 мл.
5. Полученные результаты внести в табл. 13.2.
Таблица 13.2
Экспериментальные данные и рассчитанные величины
, моль/л
0
c
СООН
3
Номер колбы
1
2
3
4
5
адсорбции, мл
Объем NaОН на титрование до
СН
(или CHOOH) c
Начальная концентрация
после адсорбции, мл
Объем NаОН на титрование
моль/л
СООН (или CHOOH) c,
3
Равновесная концентрация
СН
Адсорбция, моль/г
Г
13.4. Требования к отчету о работе
Отчет должен содержать:
1) цель работы;
2) краткое изложение теории;
3) экспериментальные данные в виде табл. 13.2;
4) два графика: с/Г = f(с) и Г = f(с), построенных на основании полученных экспериментальных данных. Последний график должен
содержать две кривые: зависимость экспериментально определенных
значений Г от с и эту же зависимость, вычисленную на основании
уравнения Ленгмюра;
5) вычисленные значения Z и b.
Контрольные вопросы
1. Что такое адсорбция? Какие допущения сделаны при выводе
уравнения Ленгмюра?
113
2. В каких координатах уравнение Ленгмюра можно представить в
виде прямой линии?
3. В каких случаях имеется линейная зависимость между адсорб-
цией и концентрацией раствора?
4. Какой физический смысл имеют константы Z и b уравнения
Ленгмюра.?
5. Какие дополнительные опыты потребовалось бы провести для
определения теплоты адсорбции? Как бы вы обрабатывали их результаты?
114
Лабораторная работа 14
R
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО
НАТЯЖЕНИЯ РАСТВОРОВ МЕТОДОМ
ОТРЫВА КОЛЬЦА И АДСОРБЦИИ НА
ГРАНИЦЕ РАСТВОР–ВОЗДУХ
(2 часа)
14.1 Цель работы
1. Установить зависимость поверхностного натяжения водных
растворов от концентрации растворенного вещества.
2. Определить абсолютные значения поверхностного натяжения
растворов на основе воды в зависимости от концентрации.
3. Определить значения адсорбции примеси на поверхности рас-
твора.
14.2. Теоретическое введение
Поверхностные явления, возникающие на границе раздела фаз гетерогенных систем, существенно влияют на поведение всей системы.
Важнейшей термодинамической характеристикой поверхности раздела фаз является поверхностное натяжение, возникающее на границе раздела фаз.
Надежных методов измерения поверхностного натяжения твердых тел нет, так как обратимое изменение их поверхности встречает
ряд трудностей. В случае жидких тел поверхностное натяжение можно измерить с большей точностью.
Между поверхностным натяжением σ и адсорбцией есть связь,
описываемая уравнением Гиббса
∂σ
c
,Г=
где Г – избыточная по отношению к объему раствора поверхностная
концентрация адсорбированного вещества, моль/м
с – равновесная концентрация;
R – универсальная газовая постоянная.
−
(14.1)
Tc
∂
2
;
115
Уравнение (14.1) является основным при вычислении значения
)
адсорбции по изменению поверхностного натяжения.
Из уравнения (14.1) следует, что если добавка к раствору компо-
нента приводит к повышению поверхностного натяжения раствора
∂σ
(
∂
адсорбция имеет место для веществ, снижающих поверхностное натяжение (рис. 14.1).
, то его адсорбция отрицательна (Г < 0). Положительная
0
>
c
1
σ0
2
с
Рис. 14.1. Зависимость поверхностного натяжения
при добавлении поверхностно-инактивного вещества (1)
и поверхностно-активного вещества (2):
σ
– поверхностное натяжение чистого растворителя
0
Определение поверхностного натяжения методом отрыва кольца
заключается в измерении силы F, необходимой для отрыва кольца от
поверхности жидкости.
Для отрыва твердого тела от поверхности жидкости необходимо
приложить силу F, которая в соответствии с простейшей теорией
равна произведению поверхностного натяжения жидкости на полный
периметр смачивания тела.
Если отрываемое тело имеет форму кольца с внутренним радиусом R
торой изготовлено кольцо), то в момент отрыва
F = σ ⋅ 2πR
116
и внешним радиусом R1 + 2R2 (R2 – радиус проволоки, из ко-
1
+ σ(R1 + 2R2) ⋅ 2π = 4πRσ, (14.2)
1
где
R = R
+ R2. (14.3)
1
Экспериментальная проверка формулы показала, что метод отрыва кольца дает достаточно точные значения σ, если расчет проводит-
ся по формуле
σ = Fk(4πR), (14.4)
где k – величина, зависящая от радиусов кольца и проволоки, а также
от объема жидкости, поднимаемой вместе с кольцом в виде неправильного полого цилиндра.
Если не требуется высокая точность определения σ и радиус кольца велик по сравнению с радиусом проволоки, поверхностное натяжение можно определять относительным методом.
В этом случае сначала измеряют силу F
отрыва кольца от по-
0
верхности стандартной жидкости с известным поверхностным натяжением. Поверхностное натяжение исследуемой жидкости рассчитывают по формуле
σ = σ
F/F0. (14.5)
0
14.3. Порядок выполнения работы
Поверхностное натяжение измеряют с помощью тензиометра
(рис. 14.2).
117
1
2
3
4
Рис. 14.2. Тензиометр:
1 – маховик со шкалой; 2 – металлическое кольцо;
3 – емкость для жидкости; 4 – поворотный столик
ВНИМАНИЕ! Нельзя касаться руками измерительного кольца.
Кольцо должно оставаться стерильным и обезжиренным.
1. В емкость 3 (см. рис. 14.2) налить 20 мл дистиллированной воды. Установить емкость на столик так, чтобы кольцо находилось по
центру измеряемой жидкости. Кольцо должно удерживаться на поверхности жидкости.
2. Медленно и плавно вращать маховик по часовой стрелке до
момента отрыва кольца от поверхности жидкости.
3. Записать показания тензиометра в табл. 14.1.
4. Установить стрелку тензиометра на ноль и еще раз измерить
поверхностное натяжение (см. п. 2).
5. Придерживая одной рукой емкость с водой, другой рукой отодвинуть столик в сторону и убрать из-под кольца емкость с водой.
6. Вылив воду из емкости в сливной стакан, залить в него 20 мл
исследуемого раствора уксусной кислоты.
7. Измерение начать с наименьшей концентрации кислоты.
Для каждой концентрации провести по два замера (см. п.1–5).
8. Промыть емкость дистиллированной водой и провести измерения для растворов муравьиной кислоты, начиная с наименьшей концентрации.
9. Убрать рабочее место и показать лаборанту результаты измерений, записанные в табл. 14.1.
118
В работе методом отрыва кольца с помощью тензиометра полу-
x
чают сразу величину поверхностного натяжения.
Таблица 14.1
Экспериментальные данные и рассчитанные величины
№ п/п Концентрация
растворов, %
σx, мН/м
c∂σ∂
Г
⋅ 106,
х
моль/м
14.4. Требования к отчету о работе
Отчет должен содержать:
1) цель работы;
2) краткое изложение теории;
3) порядок проведения эксперимента и схему установки;
4) графики зависимостей поверхностного натяжения и адсорбции
от концентрации кислоты;
5) графически найденную производную для пяти слабых раство-
ров уксусной и муравьиной кислот с концентрацией до 10 %;
6) адсорбцию кислот на поверхности воды по уравнению (14.1) и
график зависимости адсорбции от концентрации;
7) экспериментальные данные и рассчитанные величины в виде
табл. 14.1.
Контрольные вопросы
1. Каким методом проводится определение поверхностного натя-
жения растворов в данной работе?
2. От какого свойства раствора зависит сила отрыва кольца?
3. Чему равно давление в момент отрыва кольца?
4. Зависит ли поверхностное натяжение от температуры?
5. Запишите уравнение Шишковского.
2
119
Лабораторная работа 15
R
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО
НАТЯЖЕНИЯ РАСТВОРОВ МЕТОДОМ
МАКСИМАЛЬНОГО ДАВЛЕНИЯ
В ПУЗЫРЬКЕ И АДСОРБЦИИ НА ГРАНИЦЕ
РАСТВОР–ВОЗДУХ
(2 часа)
15.1. Цель работы
Установить зависимости поверхностного натяжения водных растворов и адсорбции примеси на поверхности раствора от его концентрации.
15.2. Теоретическое введение
Поверхностные явления, возникающие на границе раздела фаз гетерогенных систем, существенно влияют на поведение всей системы.
Важнейшей термодинамической характеристикой поверхности раздела фаз является поверхностное натяжение, возникающее на границе раздела фаз.
Надежных методов измерения поверхностного натяжения твердых тел нет, так как обратимое изменение их поверхности встречает
ряд трудностей. В случае жидких тел поверхностное натяжение можно измерить с большей точностью.
Между поверхностным натяжением σ и адсорбцией есть связь,
описываемая уравнением Гиббса
∂σ
где Г – избыточная по отношению к объему раствора поверхностная
концентрация адсорбированного вещества, моль/м
с – равновесная концентрация;
R – универсальная газовая постоянная.
Уравнение (15.1) является основным при вычислении значения
адсорбции по изменению поверхностного натяжения.
120
c
−
(15.1)
,Г=
Tc
∂
2
;
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]