Изобразите графически описанные выше зависимости поверхностного натяжения раствора от концентрации растворенного вещества

Зависимость поверхностного натяжения раствора от концентрации растворенного вещества при постоянной температуре называется изотермой поверхностного натяжения. На рисунке приведены изотермы поверхностного натяжения для растворов ПИВ, ПНВ и ПАВ.

При увеличении концентрации поверхностно-активного вещества в растворе его поверхностное натяжение уменьшается по экспоненциальному закону и выходит на плато (прямую) при некоторой концентрации, отвечающей полному заполнению поверхностного слоя молекулами ПАВ (см. рисунок).

В случае поверхностно-неактивного вещества изотерма представляет собой прямую, параллельную оси концентраций.

Зависимость поверхностного натяжения раствора от концентрации поверхностно-инактивного вещества также линейна и выражается прямой, образующей острый угол с осью концентраций, т. е. чем выше концентрация ПИВ, тем выше поверхностное натяжение раствора.

Существует ряд уравнений, с помощью которых можно охарактеризовать процессы адсорбции. Какое уравнение связывает величину поверхностного натяжения с гиббсовской адсорбцией? Проанализируйте это уравнение.

Простых и доступных методов определения избытка растворенного вещества в адсорбционном слое на границах раздела жидкость-газ и жидкость-жидкость пока нет. Однако адсорбция в растворах всегда сопровождается изменением поверхностного натяжения. Это позволяет определять величину адсорбции вещества по изменению поверхностного натяжения раствора.

Количественное соотношение между удельной адсорбцией растворенного вещества и изменением поверхностного натяжения раствора с ростом концентрации при постоянной температуре было получено Гиббсом. Соответствующее уравнение называется уравнением изотермы адсорбции Гиббса или просто уравнением Гиббса:

,

где Γ – гиббсовская адсорбция (моль∙м^-2); с – равновесная концентрация вещества в растворе (моль∙дм^-3); R – универсальная газовая постоянная (Дж∙моль^-1∙К^-1); T – абсолютная температура (K).

Типичная изотерма адсорбции ПАВ на границе раствор-пар представлена на рисунке.

Из уравнения Гиббса следует, что величину адсорбции растворенного вещества можно определить по изменению поверхностного натяжения жидкости с ростом концентрации этого вещества в растворе.

Величина , соответствующая бесконечно малой концентрации вещества c, взятая с обратным знаком и полученная при постоянных значениях температуры и давления, называется поверхностной активностью (g):

.

Поверхностная активность – это мера способности вещества изменять поверхностное натяжение. Очевидно, что чем больше величина g, тем сильнее способность вещества понижать поверхностное натяжение. (Укажите знак параметра g для ПАВ и ПИВ. Чему равно значение g для ПНВ?) Как видно из формулы, поверхностную активность вещества обычно определяют, аппроксимируя его концентрацию к нулю; в этом случае найденные значения g для разных ПАВ можно будет корректно сравнивать, так как они будут зависеть только от природы ПАВ и растворителя.

Графически поверхностная активность может быть получена из изотермы поверхностного натяжения. Для этого к участку кривой, отвечающей минимальной концентрации растворенного вещества, проводится касательная до пересечения с осями.

Поверхностная активность равняется тангенсу угла a (т. е. отношению приращения σ к приращению с):

g = tga