Обучающие задачи с решениями

1. Вычислите поверхностное натяжение толуола при 50 °С. если при медленном выпускании его из сталагмометра масса 38 капель составила 1,486 г. При выпускании из того же сталагмометра воды при той же температуре масса 25 капель ее оказалась равной 2,657 г. Поверхностное натяжение воды при 50 °С равно 76,91∙10^-3Дж/м².

Решение: Для определения поверхностного натяжения толуола сталогмометрическим методом воспользуемся формулой

где σ(толуол) и σ(H₂O) — поверхностное натяжение толуола и воды; m(толуол) и m(Н₂O) — массы капель толуола и воды; n(толуол) и n(Н₂О) — число капель толуола и воды.

Подставив числовые значения, получим

σ(толуол) =

Ответ: поверхностное натяжение толуола при 50^оС равно 28,30∙10^-3Дж/м²

2. Сравните поверхностную активность пропионовой и масляной кислот в водных растворах в данном интервале концентраций, если известно:

Кислота	С, моль/л	σ, Дж/м2 поверхностное натяжение
Пропионовая	0,0312	69,5.10-3
	0,0625	67,7.10-3
Масляная	0,0312	65,8.10-3
	0,0625	60,4.10-3

Выполняется ли правило Дюкло-Траубе?

Решение: Мерой поверхностной активности является или в узких интервалах, приблизительно .

(С₂Н₅СООН)=

g(C₃H₇COOH)=

По правилу Дюкло-Траубе поверхностная активность веществ одного и того же гомологического ряда возрастает прибли­зительно в 3 раза при увеличении углеводородной цепи на группу -СН₂-:

.

Ответ: правило Дюкло-Траубе выполняется в заданном интервале концентраций.

3. Определите тип адсорбции при растворении в воде серной кислоты, если концентрация серной кислоты в воде 2,33 моль/л, поверхностное натяжение раствора 75,20 ∙ 10^-3 Дж/м², поверхностное натяжение воды 73,05∙ 10^-3 Дж/м²,

t = 18 °С.

Решение: Величина и тип адсорбции определяются по уравнению Гиббса:

,

где c₁=0, так как в воде до растворения отсутствует H₂SO₄.

Следовательно, ,

-4,44 ∙ 10^-7 моль/м².

Ответ: адсорбция отрицательная, Г = -4,44 ∙ 10^-7 моль/м²,

не является ПАВ.

4. Емкость адсорбента АДБ по холестерину составляет 0,7 мкмоль/г.

Какая масса холестерина адсорбируется из плазмы крови, содержащей 4,8 мкмоль/мл холестерина, если а = 2 мкмоль/мл,

М(холестерина) = 386,6 г/моль? Как изменит­ся величина адсорбции, если концентрация холестерина в плазме увеличится до 5,4 мкмоль/мл?

Решение. Адсорбцию определяем по уравнению Ленгмюра, принимая, что предельная адсорбция Г_∞ равна емкости адсорбента 0,7 мкмоль/г или

0,7∙ 10^-6 моль/г:

=4,9∙моль/г.

=5,1∙10^-7моль/г.

Массу холестерина, адсорбированного из плазмы, определяем по формуле

m = n ^. М, где n равно величине адсорбции:

m(холестерина)₁ = 4,9 ∙ 10^-7 моль ∙ 386,6 г/моль = 1,89 ^. 10^-4 г;

m(холестерина)₂ = 5,1^. 10^-7 моль ∙ 386,6 г/моль = 1,97^. 10^-4 г.

Ответ: с увеличением концентрации холестерина величина адсорбции увеличивается; m(холестерина)₁ = 1,89 ∙10^-4 г,

m(холестерина)₂ = 1,97 ∙ 10^-4 г

5. Поверхностное натяжение водного раствора, содержащего поверхностно-активное вещество (ПАВ) в концентрации 0,056 моль/л при 293 К равно

4,33 ∙ Дж/м². Вычислите величину адсорбции ПАВ из раствора с концентрацией 0,028 моль/л при 293 К.

Решение: Величину адсорбции вычисляем по уравнению Гиббса:

считая, что ∆С = 0,056 моль/л, а Δσ = σ₂ - σ₁= σ(р-ра) - σ(Н₂O) =

= (4,33 - 7,28) ∙ 10^-2 Дж/м² = -2,95 ∙ 10^-2 Дж/м²;

σ(Н₂O) = 7,28∙10^-2 Дж/м² (справочные данные).

Г= 6,06∙10^-6 моль/м²

Ответ: положительная адсорбция составила 6,06 ∙ 10^-6 моль/м²