Вхід в УЧАН Анонімний форум з обміну зображеннями і жартами.



Додати книгу на сайт:

Скачати одним файлом. Книга: ПЕРЕДМОВА

V. ПОВЕРХНЕВІ ЯВИЩА (ПОВЕРХНЕВА ЕНЕРГІЯ, ПОВЕРХНЕВИЙ НАТЯГ ТА АДСОРБЦІЯ НА МЕЖІ РОЗДІЛУ ФАЗ)

1. ВИЗНАЧЕННЯ ПОВЕРХНЕВОГО НАТЯГУ РОЗЧИНІВ МЕТОДОМ ВІДЛІКУ КРАПЕЛЬ (СТАЛАГМОМЕТРИЧНИМ МЕТОДОМ)

Для роботи необхідні: сталагмометр; пікнометр; стаканчик на 50 мл.

Вільна поверхнева енергія, вірніше, надлишок вільної енергії на одиницю площі поверхневого шару на межі розділу рідина – повітря, називається поверхневим натягом, а на межі розділу рідина – рідина – граничним натягом s.

Одиницями виміру поверхневого натягу може бути Дж/м² у випадку, коли його  розглядають як надлишок вільної енергії поверхні розділу двох фаз, що накопичується на цій поверхні за рахунок нескомпенсованих міжмолекулярних сил, і в Н/м у випадку, якщо розглянути роботу утво-
рення одиниці нової поверхні.

Існує декілька методів визначення поверхневого натягу.

Найбільш розповсюдженим методом є сталагмометричний (метод відліку крапель).

В основі методу лежить експериментально встановлене положення, що вага краплі, яка повільно відривається під дією сили тяжіння від кін-
чика вертикальної трубки сталагмометра, буде тим більшою, чим більший поверхневий натяг рідини на межі з повітрям.

Вважається, що сила поверхневого натягу F, що діє вертикально по колу трубки, приблизно рівна F = 2prs, підтримує краплю, зрівноважуючи її вагу P. У момент відриву краплі можна вважати ці сили рівними:

, ,

де F – сила поверхневого натягу; P – сила ваги краплі; s – коефіцієнт пропорційності, який зв’язує силу поверхневого натягу з периметром
(в даному випадку, з довжиною кола капіляру, з якого витікає рідина).

При 2pr = 0,01 м коефіцієнт пропорційності рівний силі поверхневого натягу, тобто .

Визначення радіусу капіляру зв’язане з деякими труднощами і тому практично визначають поверхневий натяг відносно стандартної рідини з відомим поверхневим натягом. Стандартною рідиною може бути тільки така рідина, яка утворює краплі, близькі по об’єму до крапель дослід-
жуваної рідини.

При утворенні краплі сила поверхневого натягу досліджуваної речовини дорівнює F=2p rs (якщо вимірювання проводиться в одному і тому ж сталагмометрі).

Силу поверхневого натягу визначити важко, тому при експеримен-
тальних дослідженнях визначають вагу краплі, яка в момент відриву приблизно дорівнює силі поверхневого натягу.

Сила ваги одної краплі досліджуваної рідини

,

де V_р – об’єм рідини, що витікає з сталагмометра;

ρ – густина рідини;

n – число крапель досліджуваної рідини в об’ємі;

g – прискорення сили земного тяжіння.

Аналогічний вираз при одному і тому ж об’ємі приладу можна записати і для стандартної рідини

.

Беруть співвідношення цих рівнянь

.

А так як

, тоді .

Розв’язавши це рівняння відносно поверхневого натягу досліджуваної речовини, одержуємо розрахункову формулу:

,

де s_о, ρ_o – поверхневий натяг і густина стандартної рідини.

Якщо за стандартну рідину береться вода, то s_о при температурі дос-
ліду беруть з табл. 2, що знаходиться в кінці опису. ρ_o для води приблизно дорівнює одиниці.

При досліджуванні розведених розчинів (розчини ізоамілового спирту) густину ρ також можна прийняти за 1.

Густина концентрованих розчинів хлористого натрію береться з табл. 4, а густина води в залежності від температури – з табл. 3.

При дослідженні чистих рідин їх густину необхідно визначити. n, n_o – число крапель стандартної і досліджуваної речовини, визначається з допо-
могою сталагмометра.

На рисунку схематично зображений сталагмо-
метр. Піпетка має розширену частину 1 і капіляр 2. Рідина, що витікає з сталагмометру, збирається в краплю, що звисає на нижньому, плоскому добре від-
шліфованому кінці сталагмометра. Крапля відри-
вається від поверхні диску в той момент, коли сила ваги її на незначну величину перевищує силу по-
верхневого натягу, що утримує краплю.

Визначення поверхневого натягу зводиться до відліку кількості крапель, що витікають з капіляру.

Через каучукову трубку, що знаходиться на верхньому кінці втягують рідину вище мітки. Відлік крапель починають тоді, коли рідина проходить міт-
ку. Відраховують число крапель від мітки до остан-
ньої краплини.

Спочатку проводять виміри із стандартною рідиною, якщо це вода, то немає необхідності сушити сталагмометр при переході до водних розчинів. Визначення ведуть, починаючи з розбав-
лених розчинів, переходячи до більш концентрованих. Для кожного роз-
чину визначення кількості крапель проводять не менше трьох разів і знаходять середню кількість крапель. З одержаних даних розраховують поверхневий натяг розчинів поверхнево-активних і поверхнево-неактивних речовин. Будують ізотерму поверхневого натягу в координатах .

Результати досліду і розрахункові дані записуються в табл. 1.

Таблиця 1

Кількість крапель		Густина, кг/м3	Поверхневий натяг, Н/м×10-2
Дослід	Середнє значення
1
2
3

Таблиця 2

Поверхневий натяг води в залежності від температури

Т, К	Поверхневий натяг води, Н/м×10–2
273	75,64
283	74,22
293	72,75
303	71,18
313	69,56
323	67,91
333	66,18

Таблиця 3

Густина води в залежності від температури

Т, К	Густина, кг/м3	Т, К	Густина, кг/м3	Т, К	Густина, кг/м3
277	1000,00	286	999,40	295	997,80
278	999,99	287	999,30	296	997,65
279	999,97	288	999,13	297	997,32
280	999,93	289	998,97	298	997,07
281	999,88	290	998,80	299	996,81
282	999,81	291	998,62	300	996,54
283	999,73	292	998,43	301	996,26
284	999,63	293	998,23	302	995,97
285	999,52	294	998,02	303	995,67

Таблиця 4

Густина розчинів NaCl при 293 К

Конц. NaCl, н.	Густина, кг/м3
0,1	994,7
0,25	1003,1
0,5	1018,5
1,0	1032,8

2. ВИЗНАЧЕННЯ ПЛОЩІ ТА ДОВЖИНИ МОЛЕКУЛИ ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНОЇ РЕЧОВИНИ

Для виконання роботи потрібно визначити поверхневий натяг декіль-
кох розчинів поверхнево-активної речовини різної молярної концентрації (за вказівкою викладача). Вимірювання поверхневого натягу проводять сталагмометричним методом, як описано вище.

Для визначення величини адсорбції находять різницю величини по-
верхневого натягу s₂ і s₁, які виміряли для двох сусідніх розчинів різної молярної концентрації с₂(Х) і с₁(Х) . Цю різницю s₂  – s₁ = Ds і с₂(Х) – с₁(Х)=Dс(Х) підставляють у рівняння Гіббса:

,

де Г – величина адсорбції, моль/м²;

с(х) – молярна концентрація поверхнево-активної речовини, моль/м³;

R – газова стала, дорівнює 8,31 Дж/моль^.К;

Т – абсолютна температура, К;

σ – поверхневий натяг, Дж/м².

В цьому випадку в якості с(х) беруть середнє арифметичне . Потім розраховують с_ср.(х) і будують графік залежності  (вісь ординат) від с_ср.(х) (вісь абсцис). Проводять пряму, за тангенсом кута якої знаходять Г.

Одержані дані заносять в таку таблицю:

№№ п/п	с(х), моль/м3	σ, Дж/м2	сср.(Х), моль/м3	Δс(Х), моль/м3	Δσ, Дж/м2	Г, моль/м2	сср.(Х) моль/м3

Розрахувати площу (S) і довжину (l) молекули поверхнево-активної речовини:

,

де N – постійна Авогадро, дорівнює 6,02×10²³ моль^–1;

Г_max – величина граничної адсорбції, моль/м²;

М(Х) – молярна маса ПАР, кг/моль;

ρ  – густина ПАР, кг/м³.

3. АДСОРБЦІЯ ОЦТОВОЇ КИСЛОТИ НА АКТИВОВАНОМУ ВУГІЛЛІ

Ізотерми адсорбції ряду речовин із розчину на поверхні твердого тіла в області середніх концентрацій задовільно описуються емпіричним рів-
нянням Фрейндліха:

, (1)

де Х – кількість адсорбтиву, ммоль;

m – маса адсорбенту, кг;

 – величини адсорбції, кмоль/кг;

К і  – емпіричні константи, залежні від природи адсорбенту і адсорбативу;

с – рівноважна молярна концентрація адсорбативу, моль/м³.

Величина адсорбції  або а розраховується за формулою:

. (2)

Якщо прологарифмуємо рівняння (1), то воно набуде вигляду:

. (3)

Одержане рівняння є рівнянням прямої лінії.

Для визначення К і  находять логарифми значень с і  і будують графік (див. рисунок: по осі абсцис lgc, а по осі ординат lg). Величина відрізку АО дорівнює lgK. За значенням логарифму находять К. Постійна  дорівнює tgα або відношенню довжин відрізків СВ і АВ, тобто .

Методика експерименту

У чотири колбочки вносять по 1 г активованого вугілля і наливають із бю-
ретки по 25 мл розчинів оцтової кис-
лоти різної молярної концентрації (0,05; 0,1; 0,2; 0,4 моль/л). Колбочки пері-одично збовтують близько 20 хвилин. Потім розчини фільтрують через папе-рові фільтри в сухі колбочки, відкидаючи перші 3–5 мл фільтрату (для уникнення похибок за рахунок адсорбції кислоти на фільтрі). Рівноважну молярну концентрацію кислоти у фільтраті визначають титруванням 5 мл  розчину розчином NaOH (c(NaOH) = 0,1 моль/л) у присутності фенол-
фталеїну. Кожний розчин титрують 2–3 рази. Потім за формулою (2) розраховують величину адсорбції оцтової кислоти, а також находять lgc i lg. Результати розрахунків заносять у таку таблицю:

со, моль/м3	с, моль/м3	Х/m, кмоль/кг	lgc	lgX/m	K	1/n
50
100
200
400

Користуючись даними таблиці, будують ізотерму адсорбції оцтової кислоти, при цьому на осі абсцис відкладають рівноважну молярну концентрацію с, а на осі ординат – значення . Постійні К і  у рівнянні Фрейндліха визначають, як було вказано, з графіку залежності lg від lgc.

4. ДОСЛІДЖЕННЯ АДСОРБЦІЇ ЗАБАРВЛЕНИХ РЕЧОВИН ІЗ РОЗЧИНІВ

У ряд пробірок помістити по 1 мл розчину з масовою часткою 0,02% метиленової сині, , , золю , конго червоного, водного розчину фуксину і 1 мл спиртового розчину фуксину. Потім додати в усі пробірки по 0,2 г активованого вугілля, перемішувати про-
тягом 2–3 хв і відфільтрувати. Спостерігати зміну забарвлення та пояснити явище адсорбції.

Результати роботи занести в таблицю:

Назва розчину
Забарвлення розчину до адсорбції
Забарвлення розчину після адсорбції
Висновок про характер адсорбції

5. ДОСЛІДЖЕННЯ АДСОРБЦІЇ ІЗОАМІЛОВОГО СПИРТУ ІЗ РОЗЧИНУ ЗА ДОПОМОГОЮ АКТИВОВАНОГО ВУГІЛЛЯ

Для роботи необхідно: 0,1 моль/л розчин ізоамілового спирту; сталагмометр; штатив з пробірками; активоване вугілля.

Поверхневий натяг розчину визначити сталагмометричним мето-
дом, описаним в роботі V.1. Потім помістити 10 мл цього розчину у про-
бірку, додати 0,2 г активованого вугілля і перемішувати протягом 2–3 хв. Відфільтрувати розчин і знову визначити його поверхневий натяг. Пояс-
нити, чому він змінився.

6. ВИЗНАЧЕННЯ ПОВНОЇ ОБМІННОЇ ЄМНОСТІ (ОЄ) КАТІОНІТУ

Для роботи необхідно: 0,1 моль/л NaOH; 0,1 моль/л розчин НСl; мірна колба на 250 мл; катіоніт; індикатор.

Обмінна ємність – це кількість еквівалентів (ммоль) речовини адсор-
бованої 1 г адсорбента. У колбу об’ємом 250 мл помістити 1 г катіоніту, додати 100 мл 0,1 моль/л розчину NaOH, перемішати і залишити на
1 годину. Після цього відібрати піпеткою 25 мл розчину і перенести її в колбу для титрування. До проби додати 1–2 краплі індикатора і відтитрувати 0,1 кмоль/м³ розчином НС1 до зміни забарвлення індикатора. Обмінну ємність вираховують за формулою .

7. ВИЗНАЧЕННЯ ВМІСТУ ЛІКАРСЬКОЇ РЕЧОВИНИ (ГЛЮКОНАТУ КАЛЬЦІЮ) В РОЗЧИНІ МЕТОДОМ ЙОНООБМІННОЇ АДСОРБЦІЇ

Для роботи необхідно: глюконат кальцію; Н-катіоніт; 0,1 М розчин NaOH; індикатор метиловий оранжевий.

УВАГА! При роботі з колонкою не допускається проникнення повітря в йоніт. Рівень рідини не повинен опускатися нижче верхнього рівня йоніту.

Через колонку з Н-катіонітом повільно пропускають 20 мл дослід-
жуваного розчину, який містить глюконат кальцію. Потім колонку проми-
ти 25 мл дистильованої води, збираючи її в ту ж колбу. Весь зібраний фільтрат відтитрувати 0,1 М розчином NaOH з індикатором метиловим оранжевим. Вміст глюконату кальцію вирахувати за формулою:

.

8. ОБЕЗСОЛЮВАННЯ ВОДИ ЗА ДОПОМОГОЮ ЙОНІТІВ

Для роботи необхідно: Н-катіоніт; ОН-аніоніт; оксалат амонію; нітрат аргентуму; піпетка; штатив з пробірками; метилоранж.

Для обезсолювання води взяти воду з водогону. За допомогою якісних реакцій виявити у воді йони хлору (реакцією з AgNO₃) і йони кальцію (реакцією з оксалатом амонію (NH₄)₂C₂O₄).

Через колонку з Н-катіонітом пропустити повільно 25 мл води з водогону, потім промити 25 мл дистильованої води. З отриманого розчину відібрати піпеткою по декілька крапель у 2 пробірки. В 1-й перевірити наявність Са²⁺ (реакція з (NH₄)₂C₂O₄), в 2-й – наявність йонів Н⁺ (ме-
тилоранж). З одержаного попереднього розчину відібрати 25 мл і про-
пустити через колонку з ОН-аніонітом та промити 25 мл дистильованої води. Відібрати в пробірку декілька крапель розчину і перевірити наявність йонів С1^–.

9. РОЗДІЛЕННЯ ЙОНІВ Fе³⁺, Cu²⁺,Co²⁺ МЕТОДОМ ХРОМАТОГРАФІЇ НА ОКСИДІ АЛЮМІНІЮ

Для роботи необхідно: А1₂О₃; металевий штатив; розчини CuSO₄, FeCl₃ i  CoCl₂.

Колонку з адсорбентом (А1₂О₃) закріпити у штатив і пропустити через неї 1 мл суміші, що складається з рівних об’ємів розчинів CuSO₄, FeCl₃ i  CoCl₂ з масовою часткою 0,1. Спостерігати забарвлення розчину. У про-
токолі замалювати шари адсорбенту відповідними кольорами.

Книга: ПЕРЕДМОВА

ЗМІСТ

1.	ПЕРЕДМОВА
2.	І. ОБРОБКА ТА ОФОРМЛЕННЯ РЕЗУЛЬТАТІВ ЛАБОРАТОРНИХ РОБІТ
3.	ІІ. ПРАВИЛА РОБОТИ В ЛАБОРАТОРІЇ з ФІЗИЧНОЇ ХІМІЇ І ТЕХНІКА БЕЗПЕКИ
4.	ІІІ. АГРЕГАТНИЙ СТАН РЕЧОВИН
5.	I. ХІМІЧНА ТЕРМОДИНАМІКА
6.	V. ПОВЕРХНЕВІ ЯВИЩА (ПОВЕРХНЕВА ЕНЕРГІЯ, ПОВЕРХНЕВИЙ НАТЯГ ТА АДСОРБЦІЯ НА МЕЖІ РОЗДІЛУ ФАЗ)
7.	VI. РОЗЧИНИ НЕЕЛЕКТРОЛІТІВ
8.	VII. РОЗЧИНИ ЕЛЕКТРОЛІТІВ
9.	2. BИЗНАЧЕННЯ РОЗЧИННОСТІ МАЛОРОЗЧИННИХ СПОЛУК
10.	VIII. ГАЛЬВАНІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЕЛЕКТРОДНІ ПОТЕНЦІАЛИ
11.	ІХ. ХІМІЧНА КІНЕТИКА І КАТАЛІЗ
12.	Х. ФІЗИКОХІМ ІЯ ДИСПЕРСНИХ СИСТЕМ.
13.	ХІ. БІОГЕННІ ЕЛЕМЕНТИ
14.	КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ ДО КОЛОКВІУМІВ
15.	Додатки
16.	Cписок літератури

На попередню



Додати в закладки

  
Переклад Translate