- •1 Поверхностные явления в дисперсных системах
- •1.1 Поверхностные явления и адсорбция
- •3. Метод максимального давления пузырька (метод п.А. Ребиндера).
- •2 Мицеллообразование в растворах пав
- •3 Пены. Получение и свойства
- •Физико-химические свойства пены
- •4 ЭмульсиИ. Получение и свойства
- •5 Реологические свойства дисперсных систем. Структурная вязкость.
- •6 ЭлектрОкинеТические свойства дисперсных систем
- •6.1 Электрокинетические явления и строение двойного электрического слоя
- •6.2 Пути практического использования электрокинетичских явлений
- •6.3 Коагуляция лиофобных золей
- •7. Седиментационный анализ суспензий и эмульсий
- •Обработка результатов
- •Обработка результатов наблюдений
- •8 Адсорбция на границе раздела твердое тело/жидкость
- •Определение удельной поверхности угля по адсорбции уксусной кислоты из водных растворов
- •Изучение адсорбции уксусной кислоты на твёрдом адсорбенте
- •9 Набухание полимеров
- •Исследование кинетики набухания полимеров
- •Приложение
- •Список рекомендуемой литературы
- •Содержание
- •9 Набухание полимеров
Обработка результатов наблюдений
В результате исследования седиментации любой дисперсной системы необходимо выполнить следующее:
В процессе выполнения эксперимента заполнить таблицу 7.1.
По окончании опыта измерить, как описано выше, глубину погружения чашечки H и записать физико-химические характеристики изучаемой дисперсной системы (плотность дисперсной фазы D, плотность d и вязкость дисперсионной среды).
Конечной целью работы является графическое представление распределения частиц в дисперсной системе по их радиусам.
8 Адсорбция на границе раздела твердое тело/жидкость
Типичные ПАВ имеют асимметрично построенные молекулы, состоящие из двух частей: активной полярной группы, хорошо взаимодействующей с молекулами воды, типа —ОН, —СООН, —NH2, —NO2, —SO3H, —SO3Na, —COONa и др., и неполярной гидрофобной группы – углеводородного радикала.
Такие дифильные молекулы, способные взаимодействовать одновременно с полярными и неполярными средами, самопроизвольно концентрируются на границах раздела фаз, снижая энергию Гиббса поверхности и образуя адсорбционный слой определенной структуры. В адсорбционных слоях молекулы ПАВ ориентируются полярными группами в сторону полярной среды (воды), а гидрофобной неполярной частью – в сторону менее полярной фазы (воздуха, углеводородной жидкости, рисунок 8.1). По мере заполнения поверхности раздела вода/воздух молекулами ПАВ поверхностное натяжение на этой границе резко снижается. В разреженных адсорбционных слоях молекулы ПАВ располагаются вдоль поверхности (рисунок 8.1 а, б). Такое расположение молекул ПАВ приводит к наибольшему экранированию молекул воды и обеспечивает минимальное поверхностное натяжение раствора.
С ростом концентрации раствора число молекул ПАВ в адсорбционном слое увеличивается. При некоторой концентрации раствора может образоваться предельно насыщенный адсорбционный слой, так называемый «частокол Лэнгмюра» (рисунок 8.1в). В этом случае на границе раздела фаз между водным раствором ПАВ и воздухом образуется мономолекулярный адсорбционный слой и поверхность воды оказывается сплошь покрытой углеводородными радикалами молекул ПАВ. Поверхностное натяжение растворов при этих концентрациях приближается к значению поверхностного натяжения индивидуальных ПАВ на границе с воздухом.
При введении адсорбентов в водные растворы ПАВ молекулы ПАВ адсорбируются на границе вода/твердая поверхность. Согласно правилу выравнивания полярностей П.А. Ребиндера, при адсорбции ПАВ разность полярностей между адсорбентом и растворителем уменьшается. Все полярные гидрофильные поверхности адсорбируют ПАВ из неполярных и слабополярных жидкостей. Неполярные сорбенты, такие, как уголь или некоторые полимерные материалы, наоборот, хорошо адсорбируют ПАВ из полярных жидкостей.
На адсорбцию ПАВ из растворов оказывает влияние и пористость адсорбента. Влияние пористости определяется соотношением размеров пор и молекул ПАВ. С уменьшением размеров пор адсорбция небольших молекул ПАВ, как правило, возрастает. Это наблюдается в тех случаях, когда молекулы ПАВ имеют размеры, позволяющие проникнуть в поры адсорбента.
По истечении определенного времени в системе адсорбент/водный раствор ПАВ устанавливается равновесие между количеством молекул ПАВ, перешедших на поверхность сорбента, и их объемной равновесной концентрацией C. Это равновесие может быть описано уравнением Лэнгмюра, при этом емкость монослоя отвечает предельной адсорбции. Для определения величины лучше использовать уравнение Лэнгмюра в линейной форме:
. (8.1)
Графически зависимость 1/=f(1/C) выражается прямой, пересекающей ось ординат. Отрезок, отсекаемый от оси ординат, определяет величину, обратную емкости монослоя 1/∞. Тангенс угла наклона прямой позволяет найти константу адсорбционного равновесия B.
Величину гиббсовской адсорбции для ПАВ обычно рассчитывают, определяя концентрацию раствора до и после адсорбции:
, (8.2)
где C0, C — начальная и равновесная концентрации ПАВ в растворе; т. – масса адсорбента; V – объем раствора ПАВ, в который введен адсорбент; –гиббсовская адсорбция, т.е. избыток вещества в поверхностном слое определенной толщины по сравнению с его количеством в таком же слое в объеме фазы. Этот избыток обычно относят к единице площади поверхности (или к единице массы адсорбента)
Разность концентраций поверхностно-активного вещества (C0 – C) удобно определять по изменению поверхностного натяжения раствора.
Определив экспериментально емкость монослоя по формуле (8.1), можно рассчитать удельную поверхность адсорбента Syд., т.е. поверхность, приходящуюся на единицу массы адсорбента. Для этого необходимо знать площадь s0, занимаемую одной молекулой адсорбата в насыщенном адсорбционном слое на границе раздела фаз. Согласно исследованиям Лэнгмюра и Гаркинса, площадь, занимаемая одной молекулой большинства одноосновных жирных кислот и спиртов, составляет 0,20,3 нм2.
Лабораторная работа 8.1