Минестерство образования и науки РФ

Бийский технологический институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

"Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова"

Кафедра охэт

Лабораторная работа №2

По предмету “Физическая и коллоидная химия”

Поверхностное натяжение жидкостей. Парахор.

Выполнил: студент гр. ТБПиВ-91,

Сагитдинова Д.М.

Проверил: доц. Сакович Г. Г.

2011

Цель работы:в работе следует ознакомиться с основными причинами возникновения поверхностной энергии жидкостей, методикой определения поверхностного натяжения и плотности, рассчитывать парахор и делать выводы о структуре вещества по парахору. Экспериментальное определение парахора основано на измерении поверхностного натяжения и плотности жидкости. Обе величины должны быть найдены при одной и той же температуре.

Теоретическая часть. Межмолекулярные взаимодействия.

Молекулы веществ находятся в сложном взаимодействии из-за действующих между ними сил притяжения и отталкивания.

Природа сил притяжения зависит от строения молекул и их электрических свойств. Энергия межмолекулярных взаимодействий определяется дипольными моментами, поляризуемостью и потенциалами ионизации молекул.

Открытие полярной структуры молекул привело к установлению возможности взаимного притяжения полярных молекул вследствие электростатического взаимодействия между частями двух молекул, несущими различные по знаку заряды. Теория взаимодействия полярных молекул была разработана Дебаем. Если центры тяжести положительных и отрицательных зарядов не совпадают, такая молекула называется полярной.

Взаимодействие между полярными молекулами называют ориентационнымвзаимодействием. Оно осуществляется при определенной ориентации молекул (рисунок 1а, б)

 + ++

+ 

а) б)

Рисунок 1 – Ориентация полярных молекул

Энергия взаимодействия двух диполей определяется по формуле

₁· ₂

Е_ОР=,

r³

где  ₁и ₂– дипольные моменты (электрические моменты диполей) взаимодействующих молекул, Кл ^. м;

r – расстояние между молекулами, м;

знак минус означает, что энергия при взаимодействии выделяется.

Притяжение между сильно полярными молекулами преобладает над отталкиванием, поскольку ориентация противоположных зарядов молекул, приводящая к притяжению между ними, отвечает более устойчивому состоянию равновесия.

Ориентационное взаимодействие зависит от температуры. С повышением температуры тепловое, хаотическое движение молекул существенно уменьшает возможность определенной ориентации молекул и это учитывает уравнение:

2  ₁· ₂

Е_ОР=(),

3КТ r³

где К – постоянная Больцмана ( К = R/N_A), Дж/част.^.К.

У двухатомных молекул, построенных из одинаковых атомов, и у многоатомных молекул, обладающих высокой симметрией, центры тяжести разноименных электрических зарядов совпадают, такие молекулы называются неполярными. Неполярные молекулы ряда веществ могут сравнительно легко поляризоваться под действием соседних молекул или ионов, в особенности в моменты сближения между ними. Взаимодействие возникающих при этом диполей приводит к взаимному притяжению молекул. Такое взаимодействие называется индукционным. Энергия индукционного взаимодействия, согласно работам Дебая, не зависит от температуры и определяется по формуле

2²

Е_И=,

r⁶

где – поляризуемость неполярной молекулы;

 – дипольный момент полярной молекулы.

Согласно квантовой механики, из-за движения в атомах и молекулах электронов возникают мгновенные диполи, которые тоже вызывают взаимное притяжение молекул. Взаимодействие мгновенных диполей называют дисперсионным. Энергия дисперсионного взаимодействия не зависит от температуры и определяется из уравнения:

3 I·²

Е_Д=,

4 r ⁶

где I – величина, связанная с потенциалом ионизации молекулы;

 – поляризуемость молекулы.

Дисперсионное взаимодействие происходит между молекулами всех веществ, одинаковыми и различными, полярными и неполярными. Оно практически полностью определяет взаимное притяжение молекул в неполярных веществах.

Силы отталкивания, действующие между молекулами, вызваны взаимным отталкиванием электронов. Эти силы начинают действовать лишь при тесном сближении молекул. Энергия отталкивания определяется по формулам

Е_ОТ= А е ^{ r / }или Е_ОТ= Вr ^n,

где А, , В, n – опытные константы.

Сумма потенциальных энергий взаимодействия между молекулами

Е = Е_ОР+ Е_И+ Е_Д+ Е_ОТ

называется энергией Ван-дер-Ваальса, или вандерваальсовыми силами. Проявляются эти силы на расстоянии от 3 до 5 А (1 ангстрем (А) = 10 ^{ }см), их порядок Е = 0,4 – 4,2 Дж/моль.

Межмолекулярные взаимодействия оказывают влияние на большинство физических характеристик жидкостей, в том числе и на их поверхностное натяжение.