Исследование адсорбции ПАВ на границе раздела вода - воздух методом поверхностного натяжения

Измерение поверхностного натяжения исследуемого раствора проводят следующим образом. На аналитических весах взвешивают небольшой сухой бюкс или стаканчик (примерно, на 15 - 25 мл) и записывают результат.

Заливают в бюретку (предварительно тщательно вымытую) 3 мл дистиллированной воды. С помощью крана устанавливают постоянную скорость истечения исследуемого раствора (примерно, 1 капля за 5 - 10 секунд). В сухой и предварительно взвешенный бюкс (колбу) отбирают 30 - 40 капель воды. Закрывают кран. Взвешивают бюкс с водой и рассчитывают массу одной капли (т_капли). Поверхностное натяжение определяют по формуле:

s=k·т_капли 1.5

где k – постоянная капилляра, которая зависит от диаметра капилляра и материала капилляра, его чистоты.

Постоянную капилляра определяют по известному поверхностному натяжению дистиллированной воды, равному s_Н20 = 72,7 мДж/м² при 20°С, и массе одной капли воды т_капли воды:

Аналогичным образом определяют поверхностное натяжение приготовленного раствора ПАВ заданной концентрации (начиная с самой маленькой концентрации). Перед отбором капель бюретку каждый раз промывают исследуемым раствором.

Каждое измерение массы капли повторяют не менее трех раз и рассчитывают среднее значение поверхностного натяжения раствора данной концентрации ПАВ. Полученные данные необходимо внести в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 – Поверхностное натяжение раствора ПАВ

На основании полученных данных постройте график (рис. 1.7) зависимости поверхностного натяжения от концентрации s =f(С).

Кривая (изотерма) зависимости поверхностного натяжения от концентрации ПАВ начинается из точки на оси ординат, отвечающей поверхностному натяжению воды при температуре эксперимента, и постепенно падает с возрастанием концентрации раствора поверхностно-активного вещества.

4.1.1 Вычисление адсорбции поверхностно-активного вещества в поверхностном слое и построение изотермы адсорбции по кривой s - С

Рисунок 1.7 – Зависимость поверхностного натяжения

от концентрации ПАВ

По графику s = f (с) можно вычислить величину адсорбции для любой концентрации и, следовательно, построить изотерму адсорбции Г =f(с).

Для разбавленных растворов величина адсорбции определяется из уравнения Гиббса (1.3):

К полученной кривой (рис. 1.7) в разных точках (на начальном наиболее крутом участке изотермы) проводят касательную и продолжают ее до пересечения с осью ординат. Из треугольника АВД находят отрезок АВ. Известно, что

Следовательно,

Обозначим АВ через z. Отрезок BД равен отрезку ОС₁, т.е. концентрации

соответствующей точке Д, поэтому можно записать:

, откуда

Каждой концентрации будет соответствовать свой отрезок, отсекаемый на оси ординат между касательной и проведенной через ту же точку горизонтальной прямой. Длина отрезка z должна быть выражена в единицах поверхностного натяжения. Значение z подставим в уравнение Гиббса и получим:

В это уравнение подставляют величины z для тех концентраций, для которых в соответствующих точках на кривой построены касательные. Результаты расчетов сведите в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 – Экспериментальные и расчетные данные

Постройте график зависимости Г = f (с), который соответствует изотерме адсорбции. Кривую начинают от начала координат, где при С = 0, Г = 0. Для значений Г подбирают свой масштаб.