Исследование поверхности раздела двух фаз: раствор ПАВ – воздух. Уравнение изотермы адсорбции Гиббса. Зависимость поверхностного натяжения от концентрации

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский государственный горный институт

 им. Г.В. Плеханова (технический университет)

Кафедра общей и физической химии

Лабораторная работа  №2

Тема:  Исследование поверхности раздела двух фаз: раствор ПАВ – воздух.

Выполнил студент группы ОП-04:

Проверила: доцент

Санкт-Петербург

2007

Исследование поверхности раздела двух фаз: раствор ПАВ – воздух.

Цель работы: На основании изотермы поверхностного натяжения и изотермы адсорбции определить уравнения Шишковского, рассчитать предельное значение удельной адсорбции ПАВ, площадь, занимаемую одной молекулой и её длину.

1. Оборудование и реактивы.

1)  Сталагмометр;

2)  колба круглая, объёмом 50 мл;

3)  мерная пипетка, объёмом 15 или 20 мл;

4)  резиновая груша;

5)  раствор ПАВ для исследований.

2. Теоретические сведения.

Самопроизвольные процессы на границе раздела двух фаз в гетерогенных системах сопровождаются уменьшением избыточной энергии в поверхностном слое. К этому приводит уменьшение площади этой поверхности (частицы дисперсной фазы либо слипаются, коагулируют, либо приобретают сферическую форму) и поверхностного натяжения на границе раздела фаз. Также к изменению поверхностного натяжения приводит адсорбция, то есть самопроизвольное изменение концентрации веществ на поверхности по сравнению с концентрацией в объёмах фаз. Такой процесс характеризует удельная адсорбция:

, где - избыток частиц i-го компонента,

S – поверхность.

Уравнение, которое описывает адсорбцию при постоянной температуре, называют уравнением изотермы адсорбции Гиббса:

, в разбавленных растворах активность вещества в растворе а заменяется на его концентрацию С.

Вещества, снижающие при растворении поверхностное натяжение растворителя , называют поверхностно – активными. К ним относятся органические вещества, менее полярные, чем растворитель, например, карбоновые кислоты и их соли, амины и аминокислоты, эфиры, а также спирты. Такие соединения, в которых содержится неполярный радикал и полярная группа (карбоксильная, гидроксильная, и т. д.). С ростом концентрации ПАВ в растворе, поверхностное натяжение растворителя падает. Если же в растворитель добавлять более полярные вещества, поверхностное натяжение растворителя будет увеличиваться. Такие вещества называют инактивными. К ним относятся растворы электролитов (кислот, солей, щелочей) в воде.

Из уравнения Гиббса следует, что поверхностно – активные вещества накапливаются на поверхности, а поверхностно – инактивные, наоборот, выводятся из неё.

d                      Зависимость поверхностного натяжения от концентрации:

                        1 – ПАВ;                                                                                      2

2 – ПИВ.

А                                                                                                        

В                                                                                                                     

1

                                                                                     С

Для нахождения производной используют уравнение Шишковского:

, где ,  - поверхностное натяжение соответственно чистого растворителя и раствора;

a и b – эмпирические коэффициенты.

, где =AB на оси ординат;

,

 - предельное значение удельной адсорбции,

.

По величине  можно посчитать площадь поперечного сечения молекулы ПАВ и её длину по формулам:

где  - число Авогадро;

М – молекулярная масса ПАВ;

r - плотность ПАВ.

Для определения поверхностного натяжения используют два метода: статический и динамический.