Коллоидная химия: Лабораторный практикум, страница 11

При постоянной температуре, адсорбция растворённого вещества и поверхностное натяжение связаны между собой уравнением Гиббса:

                                                   (3.2)

где  R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж/(моль×К); С – концентрация раствора ПАВ.

Поверхностная активность (-ds/dC) характеризует изменение поверхностного натяжения при изменении концентрации растворённого вещества и имеет размерность мДж×м/моль.

Величину адсорбции в зависимости от концентрации можно выразить уравнением Ленгмюра                                                                                         (3.3)

где G¥ - предельная адсорбция, b – коэффициент, характеризующий константу равновесия адсорбции, то есть отношение скоростей адсорбции и десорбции (в данном случае ПАВ).

Предельная адсорбция G¥ - это количество вещества (ПАВ) адсорбированного на границе раздела при полном (предельном) насыщении тонкого граничного слоя (монослоя).

Приборы и методы измерений

Одним из распространённых методов измерения поверхностного натяжения является метод наибольшего давления пузырька, осуществляемый обычно на приборе Ребиндера. Схема этого прибора представлена на рис. 3.1.

к водоструйному насосу

к водоструй-   ному насосу

К поверхности жидкости подводится трубка с капиллярным кончиком 2. Под действием давления Р образуется воздушный пузырёк. Давление, при котором пузырёк проскакивает через поверхностную плёнку, прорывая её, пропорционально величине поверхностного натяжения на границе жидкость/газ.

Между давлением Р, отмечаемым по манометру 5 в момент проскакивания пузырька, и величиной s существует зависимость, выражаемая уравнением

s = Р×r/2                                                         (3.4)

где r – радиус капилляра.

При данном радиусе r, для воды и раствора ПАВ можно записать

s₀ = Р₀×r/2                                                         (3.5)

s = Р×r/2                                                         (3.5а)

где s - поверхностное натяжение раствора ПАВ; s₀ – поверхностное натяжение воды (s₀ = 72,75 мН/м). Путём деления s на s₀ получим:

                                                     (3.6)

откуда следует                                                                                               (3.7)

где h и h₀ – высоты жидкости в манометрической трубке для исследуемой жидкости и для воды соответственно. Зная поверхностное натяжение воды (s₀) и определяя экспериментально h и h₀ по формуле 3.7, рассчитывают величины s растворов ПАВ.

Последовательность выполнения работы

Для работы используют обычно пять колб. В одну из них наливают 20 мл воды, в четырёх других готовят растворы ПАВ (ПАВ указывает преподаватель или лаборант) с концентрациями 0,0375; 0,075; 0,15; 0,3 моль/л.