Сталагмометрическое определение поверхностного натяжения водных растворов ПАВ - Поверхностные явления. Адсорбция

Сталагмометрический способ Определения поверхностного натяжения жидкостей (метод счета капель) основан на зависимости числа капель (n), полученных при вытекании жидкости определенного объема, от величины поверхностного натяжения исследуемой жидкости.

Чем больше поверхностное натяжение Жидкости, тем Крупнее Будет капля В момент отрыва, и тем меньше капель будет находиться в объеме, заключенном между метками АВ (рис. 5).

Капля

Рис. 5

Сталагмометрически величину поверхностного натяжения рассчитывают по уравнению:

, где

0 - поверхностное натяжение воды при температуре опыта,

N0 и nХ - число капель воды и раствора,

0 И Х - плотности воды и раствора.

Если 0 Х, то Х =

Взаимосвязь между величиной поверхностного натяжения и концентрацией растворов ПАВ позволяет, используя уравнение адсорбции Гиббса вычислить Поверхностный избыток адсорбированного ПАВ (Г).

Плотность упаковки адсорбционного слоя Не зависит от длины углеводородного радикала Молекулы ПАВ. Для каждого гомологического ряда (жирные кислоты, алифатические спирты, амины и др.) величина Предельного поверхностного избытка Г Должна быть одинаковой.

Величину предельного поверхностного избытка Определяют графически по зависимости 1/Г - 1/С

Рис. 6.

Определение величины Г позволяет определить параметры адсорбционного слоя: Площадь S, занимаемую одной молекулой, Толщину Адсорбционного слоя L, и Объем V, занимаемый молекулой в адсорбционном слое.

Расчеты размеров молекулы ПАВ в адсорбционном слое проводят по формулам:

, где NА - Число Авогадро

, где М - молярная масса ПАВ, - его плотность

V = S L

Обычно, результаты вычислений представляют во внесистемной единице длины - Ангстрем, Названной в честь А. И. Ангстрема (1868 г).

1А = 10-10 м = 10 - 8 см

Вопросы для самопроверки

Как действуют силы межмолекулярного притяжения на молекулы, находящиеся в объеме жидкости и на ее поверхности?

Потенциальная энергия каких молекул выше - находящихся на поверхности раздела жидкой фазы или внутри жидкой фазы?

Что называется свободной поверхностной энергией?

От каких параметров зависит величина свободной поверхностной энергии?

Что относится к самопроизвольным поверхностным явлениям?

Что такое поверхностное натяжение?

Почему поверхностное натяжение уменьшается с повышением температуры?

Какие вещества называются поверхностно-активными?

Что такое дифильность молекулы ПАВ?

Как ориентируются молекулы ПАВ на поверхности раздела фаз?

Как классифицируют ПАВ по способности к ионизации?

Как ПАВ классифицируют по поведению в растворе?

Каково практическое применение ПАВ?

Что называется изотермой поверхностного натяжения?

Как объясняется характер изотермы поверхностного натяжения для растворов ПАВ?

Какими нужно располагать экспериментальными данными, чтобы рассчитать величину предельного поверхностного избытка Г?

Как записать уравнение адсорбции Гиббса в форме, пригодной для практических расчетов?

Что называется поверхностной активностью?

Как определить величину поверхностной активности по изотерме поверхностного натяжения?

Как формулируется правило Дюкло-Траубе?

Что такое гидрофильно-липофильный баланс?

Как рассчитать величину поверхностного натяжения раствора ПАВ используя сталагмометрический метод?

Как располагаются и ориентируются молекулы ПАВ в зависимости от концентрации на поверхности раздела фаз в мономолекулярном слое?

Что такое "частокол" Ленгмюра?

Что такое предельный поверхностный избыток Г? Как графически определить его величину?

Как рассчитать параметры адсорбционного слоя: площадь, длину молекулы и объем, занимаемый молекулой ПАВ в адсорбционном слое?

Что такое ангстрем?

Когда для поверхностного натяжения растворов ПАВ используют уравнение Шишковского? Как его записать?

Каков физический смысл констант А и В в уравнении Шишковского?

Решение типовых задач

Задача 1. Рассчитайте поверхностное натяжение хлорбензола, если методом Ребиндера получены данные при 20С: давление пузырьков воздуха при проскакивании их в воду 19 102 Н/м2, а в хлорбензол 41 102 Н/м2; поверхностное натяжение воды равно 72,75 10-3 Н/м.

Решение: Используем для расчета формулу:

Задача 2. Найдите поверхностное натяжение водного раствора валериановой кислоты, если сталагмометрическим методом получено: число капель раствора валериановой кислоты 23, воды 12. Плотность раствора и воды соответственно равны: 1,11 103 Кг/м3 И 1 103 Кг/м3; поверхностное натяжение воды при 25С равно 71,97 10-3 Н/м.

Решение: Расчет поверхностного натяжения проводим по формуле:

Задача 3. Рассчитайте поверхностный избыток (кмоль/м3) водного раствора уксусной кислоты с концентрацией 4,18 10-4 Моль/м3. Поверхностное натяжение воды и исследуемого раствора при 22С соответственно равны 72,44 10-3 Н/м и 48,26 10-3 Н/м.

Решение: Расчет проводим, используя уравнение Гиббса:

, где

= Р-ра - Н2 О

С = СР-ра - СН2 О, тогда

Задача 4. Используя константы уравнения Шишковского (а = 13,2 10-3, в = 22,3), рассчитайте поверхностное натяжение водного раствора капроновой кислоты при 297К с концентрацией 0,4 кмоль/м3, если Н2О=72,13 10-3 Н/м.

Решение: Подставляем данные в уравнение Шишковского:

= 0 - а ln (1+вс) = 72,13 10-3 - 13,2 10-3Ln (1+22,3 0,4) =

= 41,84 10-3 Н/м

Задача 5. Рассчитайте размеры молекулы октанола (С8Н17ОН) в монослое на поверхности раздела "водный раствор-газ", если предельная адсорбция Г = 49,8 10-10 Кмоль/м2.

Плотность октанола 827 кг/м3

Решение: Вычислим площадь, занимаемую молекулой октанола:

Тогда объем молекулы:

V = L S = 7,83 10-1033,3 10-20 = 260,74 10-30 М3 = 260,74 А3

Задачи для самостоятельного решения

Рассчитать число капель раствора сульфацила натрия, вытекающих из сталагмометра, если число капель воды равно 12. Поверхностное натяжение раствора и воды равно: = 52,4 10-3 Н/м, Н2О = 71,97 10-3 Н/м при 298 К.

Найти длину молекулы пропионовой кислоты (М = 74) на поверхности раздела фаз "водный раствор-газ", если площадь занимаемая одной молекулой равна 28 10-20 М2, а плотность кислоты равна 1,138 103 Кг/м3.

Во сколько раз уменьшится поверхностное натяжение сыворотки крови при увеличении температуры на 6С, если методом Ребиндера получены следующие данные:

Температура опыта (tС)

Поверхностное натяжение воды 103 Н/м

Перепад жидкости в манометре

H 102 Н/м2

Вода

Сыворотка крови

20

72,75

18

42

26

71,82

15

24

Даны константы уравнения Шишковского: а = 13,82 10-3, в = 9,8 для водного раствора свекловичного пектина. При какой концентрации поверхностного натяжения раствора будет равно 59,4 10-3 Н/м, если Н2О = 75,62 10-3 Н/м?

Рассчитать поверхностный избыток (кмоль/м2) для водных растворов фенола при 20С на основании приведенных величин поверхностного натяжения:

Концентрация фенола, кмоль/м3

0,0156

0,0625

Поверхностное натяжение, 103 Н/м

58,2

43,3

Поверхностное натяжение воды равно 72,75 10-3 Н/м.

    6. Рассчитать поверхностную активность для водного раствора глицерина с концентрацией 5,2 10-3 моль/м3 при 23С, если поверхностный избыток равен 50 10-9 кмоль/м2. 7 - 16. По приведенным в таблице данным рассчитайте величины обозначенные знаком "?".

Таблица

№

Вещество

Моляр-ная масса

Плот-ность

10-3 кг/м3

Тем-пера-тура, С

Поверхностное натяжение

10-3 Н/м

Поверх-ностный избыток, Г кмоль/м2

Концент-рация раствора кмоль/м3

Число капель

N

Константы уравнения Шишковского

Размеры

Молекулы, м

Воды

Раст-вора

Воды

Раст-вора

А

В

Длина, L

Площадь, S

Объем, V

7

Уксусная кислота

60

1,049

20

72,75

?

-

-

22

60

-

-

-

-

-

8

Этиловый спирт

46

0,789

26

?

43,77

-

-

37

48

-

-

-

-

-

9

Ортому-равьиная кислота

107

0,968

18

73,05

-

52,3 10-9

7,2 10-3

-

-

-

-

-

-

-

10

Глицерин

-

-

20

72,75

64,7

?

1,2 10-4

-

-

-

-

-

-

-

11

Метанол

32

0,791

-

-

-

-

-

-

-

-

-

?

30,5 10-20

?

12

Валериа-новая кислота

-

-

15

73,49

52,4

-

?

-

-

14,71 10-3

10,2

-

-

-

13

Анилин

93

1,022

20

72,75

43,3

-

-

18

?

-

-

?

28,4-10-20

-

14

Сыворот-ка крови

-

-

15

?

45,4

29

47

15

Бутанол

-

0,810

17

?

25,4

?

3,4 10-4

24

56

-

-

-

-

-

16

Уксусная кислота

-

-

20

72,75

?

?

0,01 10-3

-

-

17,5 10-3

19,62

-

-

-

Плотность воды принять равной 1 103 кг/м3

ЗАНЯТИЕ № 2. Определение критической концентрации мицеллообразования поверхностно-активных веществ с использованием метода наибольшего давления пузырьков воздуха (по Ребиндеру).

Похожие статьи




Сталагмометрическое определение поверхностного натяжения водных растворов ПАВ - Поверхностные явления. Адсорбция

Предыдущая | Следующая