Завдання на виконання роботи

1. Визначити поверхневий натяг дистильованої води та водних розчинів з різною концентрацією ПАР, використовуючи сталагмометричний метод.

2. Провести дослідження залежності поверхневого натягу розчинів від концентрації ПАР, побудувати ізотерму поверхневого натягу в координатах (σ, Дж/м² ) =f ( C, моль/л).

3. Розрахувати та побудувати за ізотермою поверхневого натягу ізотерму адсорбції Гіббса в координатах (Г, моль/м² ) = f(C, моль/л ).

4. За методом графічного розв'язування рівняння Ленгмюра розрахувати значення граничної адсорбції Г , моль/м² ПАР у моношарі на межі поділу розчин – повітря.

5. Розрахувати параметри молекул ПАР – довжину та "посадкову площу" однієї молекули ПАР у насиченому моношарі.

Прилади, лабораторний посуд та реактиви

Сталагмометр, шість конічних колб ємністю 50 мл, розчини органічних кислот та спиртів.

Порядок виконання лабораторної роботи

1. Сталу сталагмометра визначають за дистильованою водою, використовуючи рівняння .

2. Готують п’ять робочих розчинів послідовним розведенням удвічі 20 мл розчину ПАР з відомою вихідною концентрацією (табл. 7.1).

3. Вимірюють поверхневий натяг розчинів, починаючи з найбільш розведеного розчину і закінчуючи початковим (нерозведеним). Експериментальні дані за кількістю краплин рідини, що витікає з сталагмометра від позначки до позначки, записують у робочу табл. 7.2 у порядку збільшення концентрації ПАР у розчині, починаючи з даних для дистильованої води, поверхневий натяг якої повинен відповідати температурі досліду в лабораторії.

4. За даними робочої табл. 7.2 будують ізотерму поверхневого натягу (рис. 7.2)

Таблиця 7.1

Характеристики ПАР

Речовина	Молекулярна маса М, а.од.м.	Густина d1·10^-6, г/м^3	Вихідна концентрація С, моль/л
Оцтова кислота	60,0	1,04	2,00
Масляна кислота	88,1	0,96	0,25
Валеріанова кислота	102,2	0,94	0,05
Пропіловий спирт	60,1	0,80	1,00
Ізобутиловий спирт	74,1	0,81	1,00
Ізоаміловий спирт	88,2	0,82	0,30

Опрацювання результатів

1. Експериментальні дані, отримані при роботі з 2 н розчином оцтової кислоти при 20 ºС наведено в таблиці 7.2. За даними таблиці в координатах  = f(С) побудована ізотерма поверхневого натягу розчинів оцтової кислоти при 20ºС (рис. 7.2).

Таблиця 7.2

Поверхневий натяг розчинів оцтової кислоти

№ п/п	Концентрація ПАР С, моль/л	Кількість краплин рідини n, шт.	Поверхневий натяг σ·10^3, Дж/м^2
1	0	40	72,75
2	0,125	45	64,67
3	0,250	49	59,39
4	0,500	52	55,96
5	1,000	56	51,96
6	2,000	58	50,17

2. Ізотерму адсорбції Гіббса за ізотермою поверхневого натягу розраховують та будують на підставі таких міркувань. Зв’язок між гіббсівською адсорбцією, концентрацію ПАР та зміною поверхневого натягу з концентрацією встановлюється рівнянням Гіббса

. (7.14)

Кожній концентрації С на кривій ізотерми поверхневого натягу (рис. 7.4) відповідає своє значення похідної , що входить у рівняння Гіббса і використовується для розрахунку адсорбції Г. За методом графічного розв’язування ізотерми поверхневого натягу до цієї кривої в п’яти точках, що відповідають п’яти концентраціям робочих розчинів ПАР у воді, проводять дотичні та горизонтальні лінії до перетину з віссю ординат (рис. 7.4). Довжина відрізка BD у трикутнику ABD дорівнює довжині відрізка ОМ і відповідає концентрації розчину оцтової кислоти 0,250 моль/л. Позначивши відрізок АВ літерою Z та навівши його в одиницях поверхневого натягу, одержуємо:

(7.15)

або

. (7.16)

3. Після підстановки Z у рівняння Гіббса (7.14) отримуємо рівняння для розрахунку значень адсорбції (Г) ПАР у поверхневому моношарі на межі розділу розчин – повітря:

. (7.17)

Р ис. 7.4. Ізотерма поверхневого натягу розчинів оцтової кислоти у воді та її графічне опрацювання

Отже, кожному значенню концентрації на ізотермі поверхневого натягу відповідає свій відрізок Z і відповідно своє значення Г. Ці значення заносять до табл. 7.3.

Таблиця 7.3

Розрахунок значень адсорбції Гіббса (R=8,314 Дж/(мольК))

№ пор.	Концентрація ПАР С, моль/л	Відрізок Z·10^3, Дж/м^2	Адсорбція Г, моль/м^2
1	0,125
2	0,250
3	0,500
4	1,000
5	2,000

4. Побудову ізотерми адсорбції Гіббса проводять у координатах (Г, моль/м²) =f(С, моль/л).

5. Для розрахунку ємності моношару , моль/м², користуються рівнянням Ленгмюра, приведеного до рівняння прямої (7.13).

6. Будують графік у координатах (рис. 7.1) і визначають значення граничної адсорбції як котангенс кута нахилу прямої: , моль/м².

7. Розраховують довжину молекули ПАР та її "посадкову площу" за рівняннями (7.10) та (7.11).