Лабораторный практикум

«Адсорбция поверхностно-активного вещества на границе раздела

Жидкость-воздух или жидкость-жидкость».

Цель работы:

1) измерить поверхностное натяжение растворов ПАВ;

2) построить изотермы поверхностного натяжения и адсорбции;

3) вычислить константы уравнения Ленгмюра и размеры ПАВ.

Необходимые реактивы и оборудование; сталагмометр, резиновая груша, термометр, четыре колбы по 50 – 100 мл, стакан вместимостью 100 – 200 мл, водные растворы концентрации 0,02; 0,04; 0,06; 0,08 моль/л.

Ход работы.

Поверхностное натяжение приготовленных растворов определяют методом отрыва капель (сталагмометрическим методом). Сталагмометр представляет собой стеклянную трубку с расширением в средней части, заканчивающуюся толстостенным капилляром. Метки, нанесённые на стенках, обозначают уровень вытекающей жидкости. Сталагмометр закрепляют в штативе так, что бы нижний срез капилляра располагался строго горизонтально.

Исследуемую жидкость наливают в стакан, который поднимают так, чтобы конец капилляра погрузился в жидкость. С помощью груши набирают жидкость выше верхней метки, избегая образования пузырьков воздуха. Закрывают верхнее отверстие трубки. Стакан опускают на стол, осторожно открывают верхнее отверстие, и жидкость начинает капать из капилляра. Когда уровень жидкости совпадает с верхней меткой, начинаю счёт капель. При совпадении уровня жидкости с нижней меткой, счет капель заканчивают.

Сначала проводят серию измерений для воды, а потом для растворов изоамилового спирта начиная с наименьшей концентрации. Измерения повторяют 3 – 5 раз.

Данные о концентрациях исследуемых растворов, а также результаты измерений и расчётов заносят в таблицы:

Для двух соседних точек

№ точки	с	σ	∆с	∆σ	Сср	Г, моль/м2

Обработка результатов эксперимента:

Вычисляют поверхностное натяжение для растворов изоамилового спирта по формуле:

где - поверхностное натяжение воды, - среднее число капель воды, n – среднее число капель раствора.

Поверхностное натяжение воды в зависимости от температуры приведено в нижеприведенной таблице:

Поверхностное натяжение воды на границе с воздухом, Дж/м².

t,		t,
	73,19 73,05 72,9 72,75		72,18 71,97 67,91 58,85

Строят изотерму поверхностного натяжения, зависимость σ = ƒ(с). За начало оси берут не 0, а число близкое к наименьшему значению, полученному в опыте.

Пользуясь изотермой поверхностного натяжения рассчитать Г=ƒ(с).

Рассчитывают величины и , и строят линейную форму изотермы =ƒ(с). С помощью изотермы определяют величину предельной адсорбции Г_пр и адсорбционную константу в уравнении Ленгмюра – К.

Отрезок, отсекаемый на оси ординат при экстраполяции прямой, равен , по нему находим Г_∞ . Вторая константа уравнения Ленгмюра (К) численно равна величине, обратной равновесной концентрации, при которой молекулами адсорбата занята половина адсорбционных центров поверхности адсорбента, т.е. при этой концентрации Г= . Для определённой величины К на оси ординат вверх от точки пересечения прямой с ней, откладывают отрезок равный , через полученную точку проводят горизонтальную линию до пересечения изотермой. Из полученной точки опускают перпендикуляр на ось абсцисс. Полученный результат соответствует значению К.

По величине Г_∞ можно найти площадь поперечного сечения молекулы ПАВ и её длину:

(14)

(15)

где М – молярная масса изоамилового спирта, г/моль;

ρ – плотность раствора, 0,89 г/мл.

ГЛАВА 13. АДСОРБЦИЯ НА НЕПОДВИЖНОЙ ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ФАЗ. ИЗОТЕРМА АДСОРБЦИИ УКСУСНОЙ КИСЛОТЫ НА УГЛЕ.

Вопросы к занятию.

1. Адсорбция на границе твердое тело – газ и её выражение .

2. Физическая и химическая адсорбции и их особенности.

3. Основные положения теории адсорбции.

4. Понятие о молекулярной и полимолекулярной адсорбции. Уравнение изотермы адсорбции Ленгмюра и его физический смысл.

5. Уравнение изотермы адсорбции Фрейндлиха и его логарифмическая форма.

6. Адсорбция на границе твёрдое тело – раствор.

7. Адсорбция из растворов электролитов.

8. Обменная адсорбция на твердой поверхности и её особенности. Понятие об ионитах.

Адсорбция растворенных веществ твердыми адсорбентами яв­ляется более сложным процессом, чем выше описанные случаи, так как она осложнена присутствием третьего компонента - раствори­теля, молекулы которого могут конкурировать с молекулами ад­сорбтива за места на поверхности адсорбента, взаимодействовать с адсорбтивом и с поверхностью адсорбента, если он является элек­тролитом.