Поверхневий натяг, надлишкова енергія поверхневих шарів, адсорбція

ЛПЗ 1.

Тема: поверхневий натяг, надлишкова енергія поверхневих шарів, адсорбція.

Задача 1: При конденсації туману, що складається з крапель кадмію, утворилося

12 10^{- 6} м ³ рідкого кадмію. Поверхневий натяг при температурі конденсації дорівнює 570 мДж/м². Вільна поверхнева енергія всіх крапель становила 53 Дж. Обчисліть дисперсність і діаметр крапель рідкого кадмію

D-?, d-?

V=12. 10 - 6 м 3 s=0,570 Дж/м2 Gs=53 Дж

Поверхневий натяг пов'язаний і вільною енергією за формулою:                  

G_s= S s

Зв'язок між питомою поверхнею та дисперсністю

S _пит = S/V = 6 D,          звідси

S= 6DV

G=6DVs

D = м^-1.

d=1/D = 8,1×10^-7.м

Задача 2  для сам. розв’язання:

 Діаметр крапель дисперсної фази = 2×10^-8м. Визначте поверхневий натяг конденсованої фази, якщо її маса становить 4г , густина ρ =1,1 г / см ³. А надлишкова енергія = 86,4 Дж.

Задача 3.

Визначте енергію Гіббса (надлишкову поверхневу енергію) поверхні 5г туману води, якщо поверхневий натяг крапель рідини становить 72,7 м Дж/м², а дисперсність частинок 60 мкм^-1. Густину води прийміть рівною 0,997 г/см³

G-?

m= 5 г = 5×10 – 3 кг r=0,997 г/см3 = 997кг/ м3 s=72,7 мДж/м2= 72,7 ×10 – 3 Дж/м2 D=60 мкм-1=60×10 6 м-1;

G_s= S s

S= 6DV

G=6DVs =. 131,2 Дж

Задача 4. для сам. розв’язання

Визначте енергію Гіббса G_s водяного туману масою m = 4 г при 293 К, якщо поверхневому натяг води σ = 72,7 мДж / м ², густина води  ρ = 0,998 г / см ³, дисперсність частинок D = 50 мкм ^-1.(87,41Дж)

Задача 5. Розрахуйте повну поверхневу енергію 10 г 70% емульсії гексану у воді і дисперсністю D = 1 мкм^-1 при температурі 298 К. Густина гексану при цій температурі 0,655 г/см3, поверхневий натяг 18,41 мДж/м², температурний коефіцієнт поверхневого натягу гексану dσ/dT = -0,104 мДж / (м ² К).

S = 6DV=м².

 Дж

Задача 6. для сам. розв’язання

Визначте поверхневий натяг бензолу при 293, 313 і 343 К. Прийміть, що повна поверхнева енергія не залежить від температури і для бензолу дорівнює 61,9 мДж / м ². Температурний коефіцієнт d σ / d T = - 0,13 м Дж / (м² К)

Задача 7. для сам. розв’язання

Аерозоль ртуті сконденсувався у вигляді великої краплі об'ємом 3,5 см ³. Визначте, на скільки зменшилася поверхнева енергія ртуті, якщо дисперсність аерозолю складала 10мкм ^-1. Поверхневий натяг ртуті прийміть рівним 0,475 Дж / м ^2.

ПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. У чому полягають характерні особливості дисперсних систем?

2. Яка причина виникнення надлишкової поверхневої енергії?

3. Що називається поверхневим натягом? Від чого залежить величина ? У яких одиницях вона вимірюється?

4 У чому полягають причини самовільних поверхневих явищ?

5. Які поверхневі явища пов'язані зі зменшенням величини міжфазної поверхні?

6. Що називається адсорбцією? Чим вона зумовлена?

7. Чим можна пояснити той факт, що дерев'яну паличку діаметром 1 см зламати легко, а сталевий стержень такого ж діаметру - практично неможливо?

8. Знайдіть загальну поверхню 1 кг сферичних частинок вугілля, якщо середній діаметр частинок 7 • 10^-2 мм, а густина вугілля - 1,8 • 10³ кг/м³.

9. Питома поверхня силікагелю дорівнює 8,3 • 10³ м²/кг. Розрахуйте середній діаметр частинок силікагелю, якщо його густина дорівнює 2,2 г/см³.

10. Поверхневий натяг на межі ртуть-повітря 72,75 • 10 ^{~ 3} Дж/м². Чому дорівнює надлишкова поверхнева енергія краплі ртуті діаметром 1,2 мм?

Задачі на визначення показника адсорбції, констант в рівнянні Ленгмюра і Фрейндліха.

1. За дослідними даними, отриманим при вивченні адсорбції вугіллям бензойної кислоти з розчину її в бензолі при 25^оС, визначити графічно константи К і 1 / n у рівнянні Фрейндліха:

С,ммоль/л                         0,006               0,025               0,053                0,118

Х/m, ммоль/г                     0,44                 0,78                 1,04           1,44