Обработка экспериментальных данных

Исследование поверхности раздела фаз: раствор ПАВ - воздух

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

Сущность работы: С ростом концентрации ПАВ в растворе поверхностное натяжение раствора резко снижается. Наиболее простым способом измерения поверхностного натяжения является капельный метод. Он основан на том, что капля жидкости, висящая на горизонтальной поверхности сталагмометра отрывается от нее в тот момент, когда ее вес уравновешивается силой, равной произведению поверхностного натяжения на длину окружности основания капли. Чем меньше поверхностное натяжение жидкости, тем мельче капли и больше их число. По числу капель для растворов с разной концентрацией определяют величину поверхностного натяжения.

Оборудование и реактивы. Сталагмометр – 1 шт.; колба коническая объемом 50 мл – 4 шт.; стакан химический объемом 100 мл – 1 шт.; стакан химический объемом 250 мл – 1 шт.; мерная пипетка объемом 20 мл – 1 шт.; резиновая груша или шприц – 1 шт.; растворы ПАВ для исследований (наименование и концентрация раствора ПАВ указана на емкости с реактивом)

Выполнение работы

1. Приготовить 5 растворов ПАВ, заданного преподавателем:

в 4 колбы мерной пипеткой отобрать дистиллированной воды;

в химический стакан объемом 100 мл отлить некоторое количество раствора ПАВ, заданного преподавателем;

в колбу № 1 мерной пипеткой отобрать 20 мл исходного раствора ПАВ и перемешивают;

отобрать из колбы № 1 20 мл раствора ПАВ, перенести в колбу № 2, перемешать;

отобрать из колбы № 2 20 мл раствора ПАВ, перенести в колбу № 3, перемешать;

отобрать из колбы № 3 20 мл раствора ПАВ, перенести в колбу № 4, перемешать;

Таким образом в наличии 5 растворов ПАВ: стакан с исходным раствором и 4 колбы, в которых концентрация уменьшается в 2 раза.

2. Определить водяное число сталагмометра N₀:

отобрать порцию воды в прибор;

сосчитать сколько капель прокапает при движении мениска жидкости от верхней риски до нижней.

Повторить 2-3 раза.

3. Определить количество капель N для каждого раствора, начиная с самого разбавленного. Каждый опыт повторить 2-3 раза.

Содержание протокола лабораторной работы

1. Наименование ПАВ и его химическая формула

2. Концентрация раствора ПАВ

3. Таблица экспериментальных данных

№	Проба	Число капель
N1	N2	Nсреднее
	Н2О
	С/16
	С/8
	С/4
	С/2
	С

Обработка экспериментальных данных

1. Вычислить для каждого опыта величину поверхностного натяжения s по уравнению:

,

где s₀ и d₀ – поверхностное натяжение и плотность чистой воды – взять из приводимой ниже таблицы; N₀ – водяное число сталагмометра; d и N – плотность и число капель исследуемого раствора ПАВ.

Плотность и поверхностное натяжение воды

Т, K	s0×10-3, Дж/м2	d0×10-3, кг/м3	Т, K	s0×10-3, Дж/м2	d0×10-3, кг/м3
	73,64	0,9993		72,75	0,9982
	73,40	0,9991		72,59	0,9980
	73,34	0,999		72,44	0,9978
	73,19	0,9988		72,28	0,9976
	73,05	0,9984		72,18	0,9973
	72,90	0,9983		71,97	0,9971

и определить среднее значение поверхностного натяжения

2. Полученные результаты занести в таблицу:

№	С×10-3, моль/м3	s1×10-3, Дж/м2	s2×10-3, Дж/м2	sср×10-3, Дж/м2
				s0
				….

3. Построить график изотермы поверхностного натяжения s_ср = f(С).

Рис. 15. Изотерма поверхностного натяжения.

 

4. Определить постоянные уравнения Шишковского:

Ds = s₀ - s_i = aln(bC_i +1).

= Разделить график, начиная с s₀ по оси ординат на 4-5 равных участка.

= Определить по графику концентрации ПАВ, соответствующие выбранным значениям s.

= Вычислить значения K как минимум для трех выбранных точек n по уравнению:

и найти K_ср.

= Рассчитать постоянную а уравнения Шишковского (характеризует предельную адсорбцию ПАВ на поверхности):

.

= Вычислить постоянную b (характеризует адсорбционную способность вещества в разбавленных растворах) для каждой концентрации (определенной графически)

и взять среднее арифметическое значение.

5. Определить значения удельной адсорбции Г_n для всех концентраций раствора.

= Для значений концентрации ПАВ провести касательные к зависимости σ_cp = f(С) до пересечения в осью ординат и найти величину y_n (см. рис. 1)

= Рассчитать значения Г_n по уравнению:

Результаты занести в таблицу:

№	С×10-3, моль/л	sср×103, Дж/м2	Г, моль/м2	-yn/Cn, Дж/моль

6. Построить изотерму адсорбции в координатах Г = f(C) и определить графически предельное значение удельной адсорбции Г_∞

Рис. 16. Изотерма адсорбции Гиббса

 

7. Рассчитать площадь, занимаемую одной молекулой ПАВ по уравнению:

8. Рассчитать длину молекулы по уравнению: ,

где М – молярная масса ПАВ, г/моль.

Плотности ПАВ

ПАВ	d×10-3, кг/м3
Амиловый спирт	0,8144
Изоамиловый спирт	0,8120
Бутиловый спирт	0,8078
Изобутиловый спирт	0,8030
Пропиловый спирт	0,8035
Изопропиловый спирт	0,7855

Рис. 17. График для определения плотности раствора ПАВ (на примере амилового спирта)