564

ЦВНТРAJlЪНЫЙ НАУЧНО-ИCCJIIЩОВАТEJIЪСКИЙ ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИИ И ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧВСКИХ ИCCJIlЩОВАНИЙ

НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ И НЕФТЕХИМИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

(цниИТЗНВФТВХИМ)

Гос~дарственный комитет РФ по высшей школе

Московская Гос~дарственная Академия тонкой химической технологии им. М.В.Ломоносова

Кафедра КOJIJIоидной химии

ТЕRЮJnffiAМИКA nOВЕРХНОСТНОro СЛОЯ и АДСОРБЦWl. ЭМУJIЪCИИ И IIEНЫ

Лабораторные работы по I<0JIJ10ИДНОЙ химии

С о с т а в и т е J1 и: Е.Ф.~ова, Г.А.Григорьев, В.Я.Киселев, И.В.Нусс

Под редакцией проф. И.А.Туторскоrо и

доц. Е.Ф.БукаиовоЙ

Москва • 1994

www.mitht.ru/e-library

СОДЕРIАНИЕ

1.ОпреJtе.19кие терможииauвчеОDХ своlот. мuф&зиоro

0.04 ••••••••••••••••••••••••.••••••••••••••••••••••••••

ОтВе~сжвеииый за выпуск ~.A. Д а в ы Д о в а

www.mitht.ru/e-library

1. ОIIPEДE.IIEНИE 'lEНoIОдИНАМИЧЕСКИХ СВОйСТВ

МЕJl.фАЗНОro СЛОЯ

1.1. Теоретическая часть

Термодинамические свойства поверхностного или межфаЗНОГО слоя отличаются от таковых в объеме граничащих фаз. Это связано с тем. что молекулы в межфаЗНОМ слое конденсированной системы

испытывают действие разной интенсивности от молекулярных полей

граничащих фаз.

Молекулы на границах раздела жидкость-пар (газ) или твердое­ пар имеют при6лизительно вдвое меньше число соседей (координа­

ционное число). чем в объеме фазы. Позтому их терщцинамические

свойства выше. чем в объеме конденсированной фазы. Этоприводит

к тому. что на поверхности раздела возникает натяжение вдоль по­

верхности. которое обычно назввают поверхностным или межфазным

натяжением.

ПоследНее непосредственно связано с термодинамическими свой­ ствами межфаЗНОГО слоя. Эти из6ытки могут быть определены по ме­ тоду из6ыточных величин Ги60са на основании фУндаментальных урав­ нений для межфазного слоя

www.mitht.ru/e-library

Тахвм o<SpaэOlll. И.II8Р_В по_ерхвоспо& .'1'аевв& O.1UDlM и. и.­

вео'1'lПIX .'1'0"0и ero 'fемпер&'l'JPШ КО....Цl8и (;;');=-;$ • мв

мoseM опре..еu'fЬ и.бв'fОЧJDIе "epllO"'If8МII"8~КВ& НUПJDI.цц 1IU-

фазвоro О.lоа.

1.2. Эlqgopи"ПWW . ', .

Ро."и и OCSoPY'9W'o: 'fepМOC'fa'f; прибор ..... опре..е..евва

поверхиоо'fВОro ка'1'аеВJIЯ; '1'8р18О0'fа'l'ИpОВUllJl8 IC88'fИ (З 8'1'.); _0-

О.llе.ое.....осп (жво".uвpoВ&ВJrall во.... l'а.церив, ..екав ио

..одекак).

Поpgo' .ере_ podsmI. Рабo'fа _МJIO.IJIO'1'оя ка JO'f880_18. 000'f08l81и. JEpJ'fИnВМX моо. и 'fP8X'1'8p11OO'f&промпмх D88'f.В

DВеп ВU1ПI88! иоо..&uеllМ8 "JtКOQ" (по lКU&ВJI8 ПР8Dо.-а'fец)

- ко.иnеопе OКO.lO OЮIоl '!'реп обм_ uвеп.

До BltIINeoa 'fepМOO'f&'fa oцpe..e.lJllD'1'DОВ8рхиоспое кa'fJlUВJle

К8Qol DЖКОС" при КOIIВ8поl 'fellJl8p&'!'JP8.

ИэмереВJIе оип O'l'pDa КO~ l1&!11п188! О во..... приво ее _

качеопе 0'f8lUUkP'f&ol...осп о И._80'1'Jl8ll пр_ XQ8Dпоl 'f811J18p&-

4

www.mitht.ru/e-library

~pe поверхиос'!инм на'!аеRием. Значения повеРХНОС'fНоrо наТJD8НИЯ

'OДli при ра3ННХ '1'емпера'!JP&X приве.1tены в -ra6.t. 1.

Ha'fНol 'fемпера'rfP8 ~ всех DJtКoc'fel B~ TepМOC'fa'f с нarpe­

lIa'feJIe.., 1С!'8НUПвaD! ХОR'faImПd !'epJfOII8ТP на 'fеllП8Jl.'1'JP1 зо<>с

и через 20 ",н 'fермос!'а!'ироВ&ИИя опреже~ поверхиос!'ное иа!'S88-

иве всех aвJtКoc!'el по фоРIQJlе

кос!'ей проводе ПР. !'емперацрах 40, 50, 60<>С (через 20 "'н пос..е

1С'fанОВJlеиия КОИ'1'aк'l'Ноrо '!ермоМ8!'ра на ИJ8ИJD !'емпера'1'JP1).

РеЗ1J1Ь'1'аты измерений и расчеты повеРХИОС'fНоrо натЯI8ВВЯ ав.1t­

коо'!еl ПР. ра8ПЧИКХ 'fемперацрах занОСЯ'!' в !'а6.1. 2.

По ПОJlТl(еJIJПDI 8кспери_R'fUЫОО' .1t8IIИВJf стрОЯ!' rpaфиК зав.си-

мос'!и '0'1'а6сODmlОI !'емпера'!уры 6= J ('т')

5

www.mitht.ru/e-library

20/293

30/303

40/313

50/323

60/333

По накиону прямнх в ЭТИХ Koop~HaTax J(ДЯ И88J(Оro ве.еотва опреже~ темnератУРННЙ коэффициент. KOTOpкl чиопенно равен иэ­ CSиочиой энтропии поверхиоо'1'НОГО опоя

(1, tO)

По ФОРIIQJtе (1.8) раоочитнваетCJt поем иэ6иочиast: энергия и.

Строят rpaфвк зависимости

$= .:f'(J"7) , Ц=:F (7' ) 1

Извес'l'ИО. 'Ч'l'О ВCSОЗИ 1срИ'l'И'ЧеОRОЙ 'l'eмnepaTYpы <5 -о. $ -- о. и-О.

КритичеоR&Я 'l'eмnepaTypa То макет 6иь оценена по форму.пе

а по фоРМУ.lе &rвеша

(1, 12 )

гже ~ - мо.tЯpвнl 06WM U,ЦКОС'l'И, моаио оцеии'l'Ь К - КОКОТ&И­

'l'Y &rвеша и оравивть ее J(ДЯ аоооциированной u,цкооти (вода, го­

церин) И неаоооциироваииой (жехав, жожвкаи).

6

www.mitht.ru/e-library

2. ИССЩОВАВИЕ в.пияния ДIIИНЫ РAдИКW.

ПОВЕРХНОСТНО-AК'l'ИВНЫХ ВИЦЕСТВ НА их ПОВЕРХНОСТНУЮ АКТИВность.

ОJПIШIIВИE ПАРАМЕТРОВ АДСОРБЦИОННОГО СЛОЯ

Пвдь РАбоц: ПО.Qчеиие изо\'еРII поверхнос'1'ИОГО Ra'rЯUИИЯ и адеорбции .uя ao.1tElНX расворов мифа'l'ичеСDХ СПIJР'rов; опре,1tежеиие СОOfИО8еКИ4 повеРХКОО'rКой aк'rIВНОС\'И ПАВ В их гомо~оrичеоком рю:r; расче'! 'rоП&1lJИR адоор6циоииоro СJIОЯ и ПJl0ЩМИ, заиимаемой

одней lIожекrжоl ПАВ в наон.еииом адсорбциоином ОИ08.

2.1. ТеОRежиче9I8Я ЧАСЖЬ

ПРI иеСJIедоВ8НlИ адоорБЦИI 18 раз6авжеикых растворов иопожь-

3JII'l':vpuиеии& I'I66oa

(2,1)

В 88ВIОИМОО\'1 0'1'8Воа проиаво.u;ноl а(;//ас раО'l'вореииве ве­

e'1'В8 (шв) DpaК'I'&PBSJII'l'CJI повеРПОС'l'Коl 8К'flIВИОО\'ЪJ) 9. ко\'орм

....&'1'04мероl способное'l'И ае.сва покиаа'rЬ поверпоо\'иое Ra'!Я­

аеиве на rpaввцe раз..е_ фаз. э"а веопиа gСJIеино pщlна ПРОIS­

водвоl del/dc, В8поl о o6pa'l'lllDtзнако.., при С'lpеllжеивв коицеи'l'­

рацвИ шв к ИJО:

(.:..,2)

Поверпос'rИО-8К'1'lВlПi8 ве.Сва DpaК'I'еРИЗJII'l'CJI дифвжькнм

C'rPQeueMможекrJI, в IIХ повеРПОС'rИО-aJC'lllаRllе овойства 38ВIIОЯТ

COO'1'Be'rCBeRИO О'! приро~ и КOЖIчес'rВa поJIЯpRКX rpJПП. а 'raккe 0'1'

джвкн JГJIево.1tОродноЙ цепи.

ПовеРХКОС'rQJ) актВВИОС'I'Ь IIOIИО иайти rpaфвчесхи по ЭКQпеРI­

М8пuъкоl 130'repMeповеРХНОО'l'ИОro Ra'1'D8НВЯ G'==/(с). на рве.

1 пре,1tС'r8ВJIеиv И30'l'ермн поверпостиого иа'l'JII8И1Я дпя ооседнвх

ЧJIеиов ГОМО40rвческого ряда шв. Приведеивне вриане поК83квaDТ.

7

www.mitht.ru/e-library

~o о удлинением углеводородного ~кana гомолога поверхноотная ~тивнооть повышается.

Рво. 1. Изотеpw пове~~оотиого натЯ88ния растворов llAВ с угяе­

ВОДОРОJUDDI paдl!J(8JlOМ, СО,1(ераа­

_м n, n+1 и n +2 метвяеновнх

груIПI

IZ+1

о

~o и Трау6е уотановияв экспериментальное правияо, соглао­

но которому поверхностная активность аиркых хвслот, C~PTOB, ами­

иов и других Be~CTB в гомояогвчесхвх рядах на rpaнице раствор­

воздух возрастает в 3,2 раза при увеяичении Jгяеводородной цепи на ха:ц.у!) СН2-ГРУIПIJ:

где ~ - чисяо метияеновнх груIПI в угяеводородном ~хаяе.

Это правияо вrmояияется JJВ8Ь JtПЯ ВОДИНХ растворов шв. д.ия раотворов шв в непоnяpннх растворвте4ЯХ поверхностная активность

при увеJJВчении ДDIПI угяеводородного ра.циха.ла, наоборот, :уменьша­

ется (обрцение правИJJ8 ДIJкло-Тра:у6е).

с термодинамической точки зрения объксиение этого праввпа

било сдеЯ8ИО Леиrмoopoм в 1917 г. lеиrмDp иоходия из того, что ра­ бота переиоса А одного МО.JIЯ раотворееого вell(eCTвa из объема раствора в поверхиоотlПII сжой опиоывается вврааеквем

8

www.mitht.ru/e-library

Величина 640 кал/МОJIЬ - ЭТО работа переноса о,ItНОЙ CH2-l'pJDПЫ

лями воды привохит соответственно R JNeньшеИl» растворимости с

ростом ДJIИIUi цепи. Тв RaR работа переноса rpJППbl СН2 ие зависит

от ,цJIИИН цепи. МО&О преДПОJIо:&ИТЬ. по все CHz-rpJППН иахоДJIТСЯ

на поверхности. СJlедова~еJlЬНО. цепи Ж8S8Т на поверхности.

Зависимость поверхностного натякеИlЯ от коицен~и ПАВ вы­ pasaе'l'СЯ уравнением Швшковского:

МО&О ПОRaЗать. по поверхностнзя: активность пропорциона.п.иа К - константе адсорбции:

(.г,в)

T8XIIM обраао. поверхиос'fИ8Я U'l'ВВНОО'l'Ь тахав RaК и адоорб­

ционвзя: константа ~ОЯ зарахтериствиами взаимодейо~в~я давной

пара DAВ-раотворвтель.

www.mitht.ru/e-library