Знания, умения, навыки, которые должен приобрести студент.

Студент должен знать: особенности адсорбционных процессов на границе раздела фаз; свойства поверхностно активных веществ; особенности ионообменной адсорбции; свойства ионитов, их применение; особенности смачивания твердых поверхностей; явления адгезии, когезии; хроматографические методы, их применение.

Уметь: определять величину поверхностного натяжения водных растворов ПАВ и рассчитывать размеры их молекул в монослое; определять величину критической концентрации мицеллообразования (ККМ); определять величину адсорбции ПАВ на твердом адсорбенте, выбирая адсорбент в соответствии с правилом Ребиндера; рассчитывать величины адсорбции при различных равновесных концентрациях экспериментально и с помощью уравнений Ленгмюра и Фрейндлиха.

Овладеть: методами определения величины поверхностного натяжения и ККМ с помощью сталагмометра и прибора Ребиндера; способами графической интерпретации экспериментальных данных.

Занятие № 1. Сталагмометрическое определение поверхностного натяжения водных растворов поверхностно-активных веществ (пав) и расчет размеров их молекул. План-конспект теоретической самоподготовки

1. Поверхностное натяжение.

• Состояние молекул вещества, находящегося в поверхностном слое твердого тела или жидкости отличается от состояния молекул в объеме фазы.

• Если молекула находится на поверхности жидкости, она испытывает притяжение как со стороны жидкой фазы, так и со стороны воздуха (или собственного пара).

• Силы притяжения со стороны газовой фазы намного меньше, поэтому равнодействующая всех сил направлена в сторону жидкости и поверхностные молекулы втягиваются в нее (рис. 1).

^{_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _} - - - - - - газ

жидкость

Рис.1.

• Потенциальная энергия молекул на поверхности раздела фаз выше, чем у молекул внутри фазы.

• Отличия в энергетическом состоянии всех молекул поверхностного слоя характеризуется свободной поверхностной энергией (поверхностной энергией Гиббса) G_s.

• Значение свободной поверхностной энергии зависит от числа молекул, находящихся на поверхности и поэтому прямо пропорционально площади поверхности раздела фаз S_[м²_] и удельной энергии межфазного взаимодействия : G_s =   S.

• Удельная энергия межфазного взаимодействия или коэффициент поверхностного натяжения  равен работе необходимой для создания единицы площади поверхности раздела. Размерность  в системе СИ [Дж/м²] или [Н/м].

• С повышением температуры  снижается, так как уменьшается различие в энергии межмолекулярного взаимодействия контактирующих фаз.

• При установлении равновесия свободная поверхностная энергия стремится к минимуму:

G _s min

• Самопроизвольное уменьшение свободной поверхностной энергии G_s может происходить:

• при уменьшении площади поверхности: G_s =   S;

• при уменьшении коэффициента поверхностного натяжения:

G_s =   S;

• при одновременном уменьшении обеих величин: G_s =   S;

• К самопроизвольным поверхностным явлениям, приводящим к уменьшению площади межфазной поверхности относятся:

• принятие частицами формы, близкой к сферической (капли тумана, эмульсии, пузырьки воздуха) или реже к кубической (кристаллы некоторых металлов, минералов);

• объединение (агрегация) частиц, происходящее путем слияния (коалесценции) капель эмульсии, пузырьков воздуха в пенах.

• агрегация частиц, происходящая путем слипания (коагуляции) частиц в дисперсных системах.

• Изменение структуры поверхностного слоя, происходящее в результате адсорбции на ней молекул поверхностно-активных веществ приводит к уменьшению поверхностного натяжения.