Экспериментальная часть.

Оборудование и реактивы. Химические стаканы вместимостью 50 мл; сталагмометры; пипетки вместимостью 5 мл резиновая груша; исследуемые жидкости (спирты: изопропиловый, изобутиловый, изоамиловый) и стандартная жидкость (дистиллированная вода).

Поверхностное натяжение растворов определяют сталагмометрическим методом, который заключается в отсчете капель при медленном вытекании исследуемой жидкости из капилляра. В данной работе используется относительный вариант метода, когда одна из жидкостей (дистиллированная вода), поверхностное натяжение которой при данной температуре точно известно, выбирается в качестве стандартной. Сталагмометр представляет собой стеклянную трубку с расширением посередине и капилляром в нижней части; расширенная часть ограничена двумя метками.

1. Отмеряют в химический стаканчик 2,5 мл дистиллированной воды. Поместив капилляр в стаканчик с дистиллированной водой, при помощи резиновой груши затягивают раствор в прибор (уровень жидкости должен быть чуть выше верхней метки) и дают жидкости по каплям вытекать из сталагмометра в стаканчик. Когда уровень жидкости достигнет верхней метки, начинают отсчет капель; отсчет продолжают до достижения уровнем нижней метки. Эксперимент повторяют 3 раза. Для расчета поверхностного натяжения используют среднее значение n.

2. Повторяют эксперимент для каждой исследуемой жидкости.

3. Готовят растворы заданных спиртов с разной концентрацией методом разбавления.

Расчет поверхностного натяжения исследуемой жидкости производят по формуле:

,

где σ_o, ρ_o, n_o - поверхностное натяжение, плотность, число капель для дистиллированной воды; σ, ρ, n - соответствующие величины для исследуемого раствора.

Стандартной жидкостью в нашем случае является вода, зависимость поверхностного натяжения которой от температуры (°С) имеет следующий вид:

В данной работе используются разбавленные растворы, поэтому можно принять, что ρ = ρ_o и вести расчет по формуле:

Результаты эксперимента для каждого из спиртов заносят в таблицу 1. По полученным данным строят изотермы поверхностного натяжения исследуемых растворов, начиная от σ = σ_o (рис. 1)

Рис. 1. Изотерма поверхностного натяжения.

По углу α (см. рис. 1) наклона касательной, проведенной к изотерме поверхностного натяжения в точке С = 0, σ = σ_o, определяют поверхностную активность G_i каждого из спиртов (G_i = - tg α) которая в данном случае будет численно равна отношению длины отрезка а к длине отрезка b (рис. 1). Длины отрезков берутся в единицах шкалы соответствующей оси координат. Сравнивая полученные значения G_i, делают вывод о влиянии длины углеводородного радикала на поверхностную активность спиртов и применимости правила Траубе-Дюкло к гомологическому ряду одноатомных спиртов.

Таблица 1.

спирт	С, моль/л	n, шт.	σ, Н/м	Gi

Для вычисления констант уравнения Шишковского строят график в координатах σ_о – σ = f(lnC). Полученные экспериментальные данные используют для нахождения констант А и В в уравнении Шишковского:

σ = σ₀ - B ln (AC + 1)

При АС >> 1 уравнение принимает вид:

σ = σ₀ - B ln AC

σ₀ - σ = B ln A + B ln С

Величины А и В находят из графика зависимости σ - σ₀= f(C) (рис. 2).

Рис. 2. Графическое определение постоянных А и В в уравнении Шишковского.

Угловой коэффициент наклона прямолинейного участка построенной кривой равен В = tg α. Для определения константы А экстраполируют полученную прямую до оси абсцисс.

Задания к работе.

1. Определить сталагмометрическим методом поверхностное натяжение серий растворов спиртов различной концентрации. Выполнить расчёт поверхностного натяжения спиртов двумя способами: через количество петель и через массу капли.

ρ (изопропил. сп.) = 0,7851 г/см³ (20°С)

ρ (изобутил. сп.) = 0,8027 г/см³ (20°С)

ρ (изоамил. сп.) = 0,814 г/см³ (20°С)

2. Построить изотерму поверхностного натяжения для каждого из спиртов.

3. Определить поверхностную активность каждого из спиртов. Сделать вывод о влиянии длины углеводородного радикала на поверхностную активность спиртов и о применимости правила Траубе-Дюкло к гомологическому ряду одноатомных спиртов.

4. Определить графическим способом константы уравнения Шишковского.