Расчет адсорбции на границе раздела водный раствор – воздух.

Величина адсорбции может быть рассчитана по уравнению:

3.29

Здесь: R = 8,31·10 ⁷ эрг· моль· л ^-1 град ^-1; Т = 273,1 + t^оС ;

С - объёмная концентрация в моль л^-1 .

Для нахождения величин поверхностной активности ds/dC - по экспериментальным данным строится график зависимости поверхностног натяжения от концент­рации, как показано на рис.15. При построении графика для минимизации ошибки важно выбрать правильный масштаб.

Условимся, что по оси концентраций 20 мм соответствует 0,1 моля. Масштаб по оси поверхностного натяжения зависит от рассчитанных вами значений s. Масштаб следует выбирать так, чтобы в случае линейной зависимости прямая шла под углом примерно в 45^о, а, например, как в нашем случае. Для его правильного выбора проконсультируйтесь у преподавателя.

Рис. 3.15. Изотерма поверхностного натяжения

Величина ds/dC, приблизительно равная Ds/DC находится графически. Рассмотрим, как это можно сделать. Например, для концентрации 0,1 М, по графику 14 находят, что ей соответствует поверхностное натяжение s. Затем выбирают немного большую концентрацию, допустим, 0,11 М (2 мм вправо от выбранной концентрации), которой по графику соответствует другое значение s₁ , и, наконец, берут меньшую концентрацию, например, равную 0,09 М (2 мм влево от выбранной концентрации), которой соответст­вует поверхностное натяжение s₂. Разность концентраций составит

DС = 0,11- 0,09 = 0,02 М,

Соответствующая разность поверхностных натяжений Ds = s₁ - s₂. Таким образом для концентрации 0,1 М, лежащей посредине интервала DС, поверхностная активность будет

Ds/DC =(s₁ - s₂)/0.02

Точно так же можно рассчитать поверхностную активность и для растворов других концентраций. В данном случае все они будут иметь отрицательные значения. Подставляя найденные для разных концентраций значения в уравнение Гиббса (3.29), находят величины адсорбция, соответствующие этим концентрациям.

Порядок выполнения работы:

1. Проверьте наличие воды в манометре. Уровень воды должен быть примерно на половине высоты U - образной трубки.

2. Закрепите прибор в штативе с помощью зажима.

3. Наденьте зажимы на каждую из резиновых трубок. Подставьте стаканы под каждую из трубок.

4. Налейте воду в аспиратор и в трубку, предназначенную для капилляра. Проследите за тем, чтобы вода не попала в горизонтальную трубку.

5. Погрузите трубку с капилляром в воду. Капилляр должен быть погружен в воду на глубину ~ 1 мм. Излишки воды вылейте, используя зажим на резиновой трубке.

6. Нажмите зажим на резиновой трубке аспиратора. Вытекающая вода создает разряжение в объеме над капилляром, и пузырьки воздуха начинают пробулькивать через капилляр.

7. Определите высоту уровней воды в правом и левом коленах водяного манометра в момент отрыва пузырька воздуха. Максимальная разность уровней равняется давлению водяного столба, вызывающего пробулькивание пузырька воздуха. Проведите эти измерения по 3 раза для каждой концентрации раствора и результаты запишите в соответствующие графы таблицы. Рассчитайте среднее значение давления, которое вы будете использовать для расчета поверхностного натяжения.

8. С помощью зажима удалите воду из левой пробирки, выньте и высушите капилляр фильтровальной бумагой. Залейте в пробирку 0.05 М раствор изопропилового спирта (или предложенного вам другого раствора), закрепите в пробирке капилляр так, чтобы он был погружен в жидкость на глубину не более 1 мм. Излишки раствора удалите из пробирки с помощью зажима. Повторите измерения, как это описано в пп.6 и 7.

9. Измените концентрацию раствора на следующую более высокую и повторите измерения, как это описано в пп.5-7. Проведите такие измерения с другими растворами, показанными в таблице, последовательно увеличивая их концентрации.

10. Рассчитайте поверхностное натяжение для каждой концентрации раствора по уравнению: .

Таблица 3.5.

11. Постройте изотерму поверхностного натяжения - график зависимости s раствора от его концентрации, как показано на рис. 3.15 в масштабе: по оси С: 0,05 моль/л – 1 см. Выбор масштаба по оси s согласуйте с преподавателем.

12. Из изотермы поверхностного натяжения по предложенной выше методике рассчитайте величины поверхностных активностей Ds/DC для пяти указанных в таблице концентраций и запишите полученные значения в таблицу.

13. Рассчитайте величины адсорбции ПАВ в зависимости от концентрации раствора по формуле (3.29), используя значения Ds/DC , запишите результаты расчета в таблицу 5 и постройте изотерму адсорбции ПАВ (зависимость адсорбции Г (ось ординат) от концентрации раствора С (ось абсцисс).