1.3.2. Метод счета капель.

В этом методе применяют несложный прибор – сталагмометр, представляющий собой пипетку с двумя рисками. Объем жидкости между рисками точно известен ( ). Из сталагмометра отдельными каплями вытекает исследуемая жидкость. Отрыв каждой капли от капилляра, находящегося на конце сталагмометра, происходит при равенстве силы ее тяжести (F_тяж.) и силы, втягивающей ее в капилляр (F_втяг.):

.

Объем одной капли ( ) определяют подсчитав число капель N, соответствующее объему сталагмометра: . Тогда:

,

где – константа сталагмометра, которую легко найти, подсчитав число капель дистиллированной воды, соответствующее объему сталагмометра: .

1.3.3. Метод максимального давления в пузырьке (метод Ребиндера).

В этом методе пузырек воздуха продавливают через капилляр, касающийся поверхности раздела с исследуемой жидкостью в приборе Ребиндера. Необходимое для этого разряжение оказывается пропорциональным поверхностному натяжению на границе раздела фаз, поскольку продавливание пузырька происходит при равенстве сил втягивания пузырька внутрь капилляра (F_втяг.) и выталкивания его за счет сил давления (F_давл.):

.

Отсюда: .

Константу капилляра k_кап. легко найти, измерив = h₁ + h₂ , продавливая пузырьки воздуха через дистиллированную воду, поверхностное натяжение для которой ( ) точно измерено:

.

Зная константу капилляра и с помощью водяного манометра измерив величину для исследуемой жидкости, вычисляют для нее величину поверхностного натяжения.

1.3.4. Метод отрыва диска или кольца.

П ри идеальном смачивании материала диска, лежащего на поверхности жидкости, сила поверхностного натяжения, удерживающая его на поверхности и препятствующая его отрыву, равна произведению величины на длину контура поверхности раздела, то есть на длину окружности диска:

.

Для отрыва диска от поверхности жидкости надо приложить силу равную сумме силы тяжести диска и :

.

Измерив динамометром силу отрыва, зная массу диска и его геометрические размеры, легко вычислить величину поверхностного натяжения на границе раздела жидкости и газа:

.

В случае отрыва кольца, величина силы, удерживающей его на поверхности жидкости, заметно больше и составляет:

,

где и − наружный и внутренний радиусы кольца. Величина поверхностного натяжения в этом случае может быть вычислена как:

.

1.4. Ход работы и обработка результатов измерений.

Определение константы капилляра в приборе Ребиндера.

1.4.1. Ополоснуть капилляр и прибор Ребиндера дистиллированной водой.

1.4.2. Залить в сосуд прибора Ребиндера дистиллированную воду в количестве, достаточном для того, чтобы капилляр касался поверхности воды.

1.4.3. Закрепить прибор Ребиндера в штативе, убедиться в наличии воды в верхнем сосуде установки (если необходимо, заполнить верхний сосуд, перелив в него воду из нижнего), подключить прибор к системе.

1.4.4. Приоткрыть зажим на трубке, соединяющей верхний сосуд с нижним и отрегулировать скорость образования пузырьков (3-4 штуки в 2-3 секунды).

1.4.5. Записать в табл.1 сумму максимальных значений уровней воды в коленах манометра, проделать это три раза, вычислить среднее арифметическое значение (h₁ + h₂) , записать в табл.1.

1.4.6. Вычислить константу капилляра, используя значение (взять из таблицы для температуры опыта).

Построение изотермы поверхностного натяжения растворов ПАВ (по заданию).

1.4.7. Ополоснуть сосуд прибора Ребиндера небольшим количеством наиболее разбавленного раствора ПАВ, вылить его в раковину, залить раствор в сосуд до уровня конца капилляра.

1.4.8. Измерить величины h₁ и h₂ , вычислить среднее значение (h₁ + h₂), записать в табл. 1, вычислить значение поверхностного натяжения по формуле: . Проделать измерения по п.п. 1.4.7 и 1.4.8 для раствора ПАВ следующей большей концентрации и т.д. для всех растворов. Заполнить табл.1.

1.4.9. Нанести полученные значения поверхностного натяжения на график зависимости от концентрации ПAB, усреднить график с помощью лекала.

Таблица 1.

CПАВ, моль/л	0.00	0.01	0.02	и т.д.
h1 + h2 , мм.
средн., мм
∙103, Дж/м2

Построение изотермы адсорбции ПАВ.

1.4.10. Используя значения , соответствующие величинам С_ПАВ из табл. 2 (значения для табл. 2 берут из построенного на миллиметровой бумаге по данным табл. 1 графика усредненной изотермы поверхностного натяжения) вычислить значения и для каждого значения С_средн. (табл. 2). По уравнению Гиббса

вычислить значения адсорбции, заполнить табл. 2.

Таблица 2.

СПАВ, моль/л	∙103, Дж/м2	Ссредн., моль/л	∙103, Дж/м2		Г∙106, моль/м2
0.00
		0.01
0.02
		0.03
0.04
		0.05
0.06
		0.07
0.08
		0.09
0.10
		0.11
и т.д.
		и т.д.
0.22
		0.23
0.24

1.4.11. Построить график зависимости адсорбции (Г) от концентрации ПАВ (С_средн.), то есть изотерму адсорбции.

Вычисление предельной адсорбции ( ), эффективного сечения молекулы ПАВ и ее длины.

1.4.12. Построить линейный график зависимости от С_средн., графически определить величину , равную котангенсу наклона полученной прямой.

1.4.13. Используя полученную величину , вычислить эффективное сечение и длину молекулы ПАВ:

, м² ; , м .

где N_A − число Авогадро, М_ПАВ − молярная масс ПАВ, г/моль, − плотность ПАВ, г/см³ (взять из справочника).

Контрольные вопросы.

1. Межмолекулярное взаимодействие, его виды, энергия, зависимость от строения молекул.

2. Поверхностное натяжение. Причина возникновения, физический смысл, размерность, влияние различных факторов на величину поверхностного натяжения на границе раздела "жидкость – газ" для индивидуальных веществ.

3. Методы измерения поверхностного натяжения.

4. Поверхностное натяжение растворов. ПАВ и ПИАВ, строение их молекул и поверхностная активность, правило Траубе. Уравнение зависимости величины поверхностного натяжения от концентрации ПАВ.

5. Адсорбция ПАВ и ПИAB на поверхности раздела "жидкость − газ". Движущая сила адсорбции, уравнение изотермы адсорбции Лэнгмюра, Гиббса.

6. Определение величины адсорбции ПАВ путем изучения влияния его концентрации на поверхностное натяжение растворов.

7. Нахождение предельной адсорбции, эффективной площади сечения и длины молекулы ПАВ.

Литература.

1. Григоров О.Н. и др. Руководство к практическим работам по коллоидной химии. −М., −Л.: Химия, 1964, С. 86−91, 92−104.

2. Воюцкий С.С. Kурс коллоидной химии. −М.: Химия, 1976. С. 81−99, 114−136.

Содержание

	Стр.
1. Теоретическое введение К РАБОТАМ № 7 и № 8	3
2. Работа № 7 АДСОРБЦИЯ НА ТВЕРДЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ, НАХОЖДЕНИЕ КОНСТАНТ УРАВНЕНИЯ ФРЕЙНДЛИХА ПРИ АДСОРБЦИИ ИЗ РАСТВОРОВ.	13
3. Работа № 8 ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ РАСТВОРОВ ПАВ И АДСОРБЦИИ ИХ НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ЖИДКОСТЬ – ГАЗ ОТ КОНЦЕНТРАЦИИ ПАВ	23