- •Работа 1. Общие свойства коллоидных систем
- •Коагуляция коллоидов.
- •Изменение скорости коагуляции.
- •Механизм коагулирующего действия электролитов.
- •Задание 1. Получение гидрофобных золей а) получение золя гидроокиси железа гидролизом.
- •Данные по определению приближенного значения
- •Пороги коагуляции золя различными электролитами
- •Работа 2. Поверхностное натяжение растворов пав
- •Измерение поверхностного натяжения методом счета капель
- •Работа 3. Адсорбция поверхностно-активных веществ из водных растворов
- •Работа 4. Седиментационный анализ суспензий.
- •Работа № 5. Получение пен и исследование их устойчивости
- •Работа 6. Структурно-механические свойства дисперсных систем
Измерение поверхностного натяжения методом счета капель
М етод сталагмометра является весьма распространенным, хотя и уступает в отношении точности другим методам измерения поверхностного натяжения. В основе метода лежит экспериментально установленное положение, что вес капли, медленно отрывающейся под действием силы тяжести от кончика вертикальной трубки, будет тем больше, чем больше поверхностное натяжение жидкости на границе с воздухом. В первом приближении можно считать, что сила поверхностного натяжения, действующая вертикально по окружности трубки и равная 2r, поддерживает каплю, уравновешивая ее вес р. В момент отрыва р = 2r.
Это положение является справедливым в том случае, когда отрыв капли совершается по линии, равной внутреннему периметру капиллярной трубки радиуса r. В действительности же результаты киносъемки процесса падения капли показывают более сложную картину (Рис. 2.1), не позволяющую вывести строгую математическую зависимость между величинами р, и r; в особенности трудно учесть ту часть капли, которая отрывается в виде маленькой капли или нескольких, следующих за основной.
В результате ряда экспериментальных работ была установлена зависимость:
где f — функция от радиуса трубки r и объема капли .
Обозначая через F, получаем
Для функции F в некоторых справочниках приведены таблицы, однако практически они применяются сравнительно редко ввиду трудностей определения радиуса капиллярной трубки. Обычно для измерения пользуются стандартной жидкостью с известным поверхностным натяжением 0. В качестве стандартной применяют такую жидкость, которая образует капли, близкие по объему к каплям исследуемой жидкости, что позволяет исключить функцию F. Когда число капель двух жидкостей, вытекающих из одного и того же объема V сталагмометра, оказывается близким, значения функции F будут одинаковы, поскольку F мало изменяется с (при изменении в 1000 раз F изменяется от 0,17 до 0,26). Таким образом, для исследуемой жидкости = (p/r)F, для стандартной 0=(p0/r)F0. При F = F0 из двух уравнений получим:
/0=p/p0
Отсюда:
= 0(p/p0) (2.2)
Для водных растворов неорганических веществ в качестве стандартной жидкости применяют воду, так как в растворах поверхностно-инактивных веществ изменяется приблизительно пропорционально концентрации и плотности, а следовательно, условие приближенного равенства объемов, может быть выполнено.
Для определения веса капли измеряют число капель n, вытекающих из объема V сталагмометра, а также плотность жидкости d, поскольку вес капли р может быть выражен формулой:
(2.3)
где m— масса жидкости в объеме V;
(2.4)
Подставляя (2.3) и (2.4) в (2.2), получим:
(2.5)
В другом способе вес капли р находят непосредственным взвешиванием отсчитанного целого числа капель.
В случае летучих жидкостей измерения проводят в стеклянной камере с насыщенным паром исследуемой жидкости.
Выполнение измерений
Сталагмометр представляет собой стеклянную трубку (часто коленчатую) с расширением в средней части и капилляром в нижней (рис. 2.2); на трубке нанесены две круговые метки (выше и ниже расширения). Целесообразно/ применять трубки, градуированные вблизи круговых .меток. Капилляр предназначен для ограничения скорости образования капель, которая не должна превышать 20 капель в 1 мин1; в зависимости от вязкости жидкости применяются капилляры различного диаметра. Внизу трубка оканчивается отшлифованной площадкой, в центре которой находится выходное отверстие капилляра. Перед началом работы сталагмометр промывают хромовой смесью, свободной от взвешенных частиц, затем тщательно промывают водой. Если кончик засорен, нельзя прочищать его иглой, проволокой и т. д., а надо промыть хромовой смесью или другой жидкостью. Необходимо содержать трубку и все части, соприкасающиеся с исследуемой жидкостью, в полной чистоте; совершенно недопустимо прикосновение пальцем или каким-либо предметом к нижней площадке после очистки.
Для измерения сталагмометр закрепляют в штатив, следя за тем, чтобы нижняя площадка находилась в горизонтальной плоскости (вытекающие капли должны иметь симметричную форму); надевая каучуковую трубку на верхний конец, засасывают жидкость выше верхней метки. Затем отсчитывают число капель, вытекающих из объема V от верхней до нижней круговой метки. Необходимо избегать сотрясений, толчков, колебаний воздуха и изменения температуры во время опыта.
Измерения производят вначале со стандартной жидкостью. Если таковой является вода, нет необходимости сушить сталагмометр после промывки, а также при переходе от воды к водным растворам. Во всех случаях необходимо перед измерением промыть сталагмометр исследуемым раствором. При измерении серии растворов различной концентрации, вначале следует измерять разбавленные растворы, переходя затем к более концентрированным. Плотность исследуемой жидкости d определяют при помощи пикнометра. Значения d0 и о берут из таблиц для данной температуры. Для воды при 20оС о = 72,75 эрг/см2; (72,75*10-3 н/м), d0 = 0,998 г/см3 (998 кг/м3). Вычисление ведут по формуле (2.5).
Целое число капель стандартной жидкости, ближе всего отвечающее объему V, заключенному между метками, собирают в бюкс, предварительно высушенный и взвешенный вместе с крышкой. Закрыв бюкс пришлифованной крышкой, взвешивают его вместе с жидкостью. Не выливая жидкости, повторяют опыт несколько раз, собирая капли в тот же бюкс и взвешивая. Определяют среднее значение веса Р0, деленного на число капель nо, т. е. p0 = P0/n0.
Таким же образом производят определение для исследуемой жидкости и вычисляют по формуле (2.2).
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Задание 1. Определение поверхностного натяжения водных растворов ПАВ сталагмометром.
В качестве объекта исследования предлагаются водные растворы алифатических спиртов – неионогенных ПАВ.
Взять 10 колб или стаканчиков на 50-100 мл, пронумеровать их. Отмерить в первую из них пипеткой 30 мл исходного раствора ПАВ (выдает преподаватель), а в остальные – по 10 мл дистиллированной воды. Затем пипеткой перенести 20 мл ПАВ из колбы 1 во вторую, перемешать, 20 мл полученного раствора перенести в колбу 3 и т.д. В колбах получается раствор с последовательно убывающей концентрацией. Для каждого из растворов определить сталагмометром, как описано выше, поверхностное натяжение. При этом принять во внимание, что поверхностное натяжение воды сильно меняется с температурой. Полученные данные поместить в таблицу 2.1 и построить изотерму поверхностного натяжения в координатах от С.
Таблица 2.1
Экспериментальные данные измерения сталагмометром
Номер колбы |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Концентрация ПАВ, моль/л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Число капель, шт. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Поверхностное натяжение, эрг/см2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СОДЕРЖАНИЕ И ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА ПО РАБОТЕ
Отчет по работе содержит название, цели, краткое описание работы и выводы о поверхностной активности неионогенных ПАВ. Экспериментальные данные оформляются графически и заносятся в табл. 2.1. Графики подписываются исполнителями и прилагаются к работе.
Контрольные вопросы по работе 2.
1. Опишите механизм формирования адсорбционного слоя; объясните влияние адсорбционного слоя на поверхностное натяжение. Что такое поверхностная активность адсорбата?
2. В чем заключается метод определения с помощью сталагмометра? Какие условия надо соблюдать при измерениях и почему?