Обработка экспериментальных данных

Лабораторная работа № 18. 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
N 1	N 2	N среднее
	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 d ₀ – поверхностное натяжение и плотность чистой воды – взять из приводимой ниже таблицы; N ₀ – 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	d 0×10-3, кг/м3	Т, K	s0×10-3, Дж/м2	d 0×10-3, 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 = a ln(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)

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: