Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Физическая химия. Лабораторный практикум-1

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 1313

Из уравнения (15.1) следует, что если добавка к раствору компо-

)

нента приводит к повышению поверхностного натяжения раствора

∂σ

(

адсорбция имеет место для веществ, снижающих поверхностное натяжение. Эти обстоятельства связаны с тенденцией раствора понизить свою поверхностную «свободную» энергию, которая равна Sσ. Так как площадь поверхности S задана условиями опыта (формой сосуда), то раствор стремится понизить величину σ.

его на поверхности будет приводить к большему снижению поверхностного натяжения. Вещество, повышающее поверхностное натяжение, будет удаляться с поверхности для ослабления эффекта повышения поверхностного натяжения. Стремление покинуть раствор и выйти на поверхность определяется условиями, которые создаются для молекулы в объеме и на поверхности. Известно, что углеводороды плохо растворимы в воде. Если органическая молекула кроме углеводородного радикала («хвоста») имеет группу, имеющую сродство к воде (например, ОН возрастает. Активная группа тянет «хвост» с собой в среду, неблагоприятную для него. На поверхности для такой молекулы создаются наиболее благоприятные возможности. Активная группа может быть «окунута» в воду, а органический «хвост» убран из воды. Положительно адсорбирующиеся вещества называются капиллярно актив- ными. Примером веществ, отрицательно адсорбирующихся на поверхности воды, являются неорганические соли.

рии, позволяющей рассчитать поверхностное натяжение как твердых, так и жидких тел. Поэтому поверхностное натяжение определяется, как правило, экспериментально.

ких растворов проводится методом максимального давления в газовом пузырьке и над раствором. Этот метод заключается в медленном выдувании пузырьков газа через капилляр, погруженный в исследуемую жидкость, которая находится в контакте с газовой фазой. Размеры образующихся пузырьков будут увеличиваться до тех пор, пока разность давлений не достигнет некоторого предельного значения, зависящего от поверхностного натяжения. В момент отрыва пузырька давление в системе упадет до нуля, а затем снова начнет воз-

, то его адсорбция отрицательна (Г < 0). Положительная

∂

Если вещество понижает поверхностное натяжение, то избыток

–

, СООН– и т.п.), то растворимость резко

В настоящее время не существует еще достаточно надежной тео-

В настоящей работе определение поверхностного натяжения жид-

121

растать одновременно с образованием пузырька. Известно, что разность давлений внутри пузырька р

и снаружи р1

вн

Δр = р

– р1 (15.2)

вн

определяется по формуле

Δ=

Н/м2, (15.3)

где σ – поверхностное натяжение жидкости, Н/м;

r – радиус пузырька, м.

Таким образом, измеряя разность давлений внутри пузырька и в газовой фазе, а также радиус пузырька, можно определить из уравнения (15.3) поверхностное натяжение исследуемой жидкости.

Необходимо иметь в виду, что при погружении капилляра ниже уровня жидкости возникает гидростатическое давление. Поэтому для уменьшения влияния гидростатического давления на результаты измерения капилляр приводят в соприкосновение с поверхностью жидкости, не погружая его не более чем на 0,5 мм. В этом случае гидростатическим давлением можно пренебречь, считая его малым по сравнению с р

. Погрешности в измерения вносят также форма со-

max

суда, форма капилляра, его расположение относительно уровня жидкости и т.д. Эти погрешности можно не учитывать, если на одной и той же установке провести измерения для жидкости, поверхностное натяжение которой хорошо изучено другими независимыми методами. Необходимо только строго следить, чтобы уровень жидкости в измерительной ячейке был одинаковым во всех экспериментах. Уравнение (15.3) можно переписать в виде

= Kσ, (15.4)

max

где коэффициент K не зависит от природы жидкости и является константой капилляра. Поэтому, определив с одним и тем же капилляром максимальное давление пузырьков для воды, поверхностное натяжение которой известно (табл. 15.1), и для исследуемой жидкости, вычисляют поверхностное натяжение последней по формуле

(15.5)

σ=σ

Адсорбцию растворенного вещества на поверхности растворителя легко вычислить по уравнению (15.1).

122

Таблица 15.1

Зависимость поверхностного натяжения воды от температуры

Т, К

283 74,11 295 71,93 285 73,70 297 71,93 287 73,41 299 71,63 289 73,11 301 71,33 291 72,82 303 71,03 293 72,53 – –

σ , мН/м

Т, К

σ , мН/м

Для определения поверхностного натяжения жидких фаз методом максимального давления в газовых пузырьках служит установка, показанная на рис. 15.1. Установка состоит из трех основных частей:

1) рабочая ячейка 1 с капилляром 2; 2) система, обеспечивающая разность давлений над жидкостью в капилляре и ячейке; 3) микроманометр ММН, измеряющий разность этих давлений; все части системы соединены между собой гибкими шлангами.

а б

Рис. 15.1. Установка для определения поверхностного

натяжения методом максимального давления в газовых пузырьках:

а – общий вид; б – схема

15.3. Порядок выполнения работы

В данной работе опытным путем определяется поверхностное натяжение двух серий растворов: первая – вода и уксусная кислота (СН

СООН), вторая – вода и муравьиная кислота (CHOOH) с кон-

центрациями, %: 1, 2, 5, 10, 20.

123

1. Открыв шлиф 3 на сосуде В, заполнить его водой до отметки через воронку. Шлиф тщательно закрыть, повернув его несколько раз по часовой стрелке.

2. Через воронку, расположенную на капилляре, заполнить рабочую ячейку указанным количеством дистиллированной воды так, чтобы уровень жидкости не превышал нижний обрез капилляра более чем на 0,5 мм.

3. Осторожно, открыв кран 4 на сосуде В, дать воде медленно, по каплям, вытекать из сосуда. Таким образом в сосуде В, в рабочей ячейке и в манометре М создается разрежение, и воздух начинает засасываться через капилляр в ячейку. Скорость вытекания воды из крана необходимо отрегулировать так, чтобы манометрическая жидкость медленно перемещалась в трубке манометра.

4. Максимальное давление в манометре достигается непосредственно перед отрывом газового пузырька. Зафиксировав несколько раз эти значения для данного раствора с помощью крана 5 на рабочей ячейке, слить исследуемую жидкость в сосуд 6.

5. В рабочую ячейку залить 1,0…1,5 см

раствора с наименьшей

твор до такого же уровня, как и в предыдущем эксперименте. Для каждого раствора максимальное давление пузырьков определить так же, как и для чистой воды.

После того как завершены измерения поверхностного натяжения серии растворов первой кислоты, опыты со второй серией растворов снова начать с измерения р

для чистой воды.

max

6. После проведения эксперимента закрыть кран 4 на сосуде В.

Вылить исследуемую жидкость из рабочей ячейки.

7. Результаты эксперимента внести в табл. 15.2. По формуле (15.5)

рассчитать поверхностное натяжение каждой жидкости.

8. Построить график зависимости поверхностного натяжения растворов от концентрации кислоты. Графически найти производную для пяти слабых растворов уксусной и муравьиной кислот с концентрацией до 10 % для растворов. По уравнению (15.1) определить адсорбцию кислот на поверхности воды и построить график зависимости адсорбции от концентрации. Экспериментальные данные и рассчитанные значения величин представить в виде табл. 15.2.

ВНИМАНИЕ! Точность определения поверхностного натяжения растворов зависит от точности определения максимального давления в газовом пузырьке.

124

Экспериментальные данные и рассчитанные величины

Таблица 15.2

№ п/п Концентрация

раствора, %

max

Па

, Н/м

c∂σ∂

Гх ⋅ 106,

моль/м

15.4. Требования к отчету о работе

Отчет должен содержать:

1) цель работы;

2) краткое изложение теории;

3) порядок проведения эксперимента и схему установки;

4) таблицу экспериментальных данных, подробный расчет: σ,

и Гх;

c∂σ∂

5) графики зависимостей поверхностного натяжения и адсорбции

от концентрации.

Контрольные вопросы

1. Что такое поверхностное натяжение?

2. От чего зависит поверхностное натяжение?

3. Каким методом проводится определение поверхностного натя-

жения растворов в данной работе?

4. От какого свойства раствора зависит максимальное давление

внутри газового пузырька?

5. Чему равно давление в момент отрыва газового пузырька от ка-

пилляра?

6. Как определяется постоянная сосуда в работе?

7. Зависит ли поверхностное натяжение от температуры?

ЛИТЕРАТУРА

Жуховицкий А.А., Шварцман Л.А. Физическая химия. – М.: Ме-

таллургия, 1987.

Бокштейн Б.С., Менделев М.И. Краткий курс физической химии с

компьютерным контролем усвоения материала. – М.: ЧеРо, 1999.

125

Учебное издание

Андреев Лев Алексеевич Астахов Михаил Васильевич Бокштейн Борис Самуилович Белащенко Давид Кириллович Новикова Елена Александровна Родин Алексей Олегович Руднева Елена Владимировна Фролов Георгий Александрович

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Лабораторный практикум

Редактор Н.А. Фетисова

Компьютерная верстка М.А. Шамариной

Подписано в печать 12.01.11 Бумага офсетная

Формат 60 × 90 1/

Рег. № 156 Тираж 850 экз. Заказ 2941

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4

Издательский Дом МИСиС, 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4 Тел. (495) 638-45-22

Отпечатано в типографии Издательского Дома МИСиС 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4 Тел. (499) 236-76-17, тел./факс (499) 236-76-35

126

Печать офсетная Уч.-изд. л. 7,8

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 1313

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]