Лабораторная работа № 4.1. Изучение поверхностных явлений в гетерогенных химических системах

Опыт 1. Смачивание твердых поверхностей и зависимость степени смачивания от природы фаз.

В зависимости от природы соприкасающихся поверхностей различают три степени смачивания:

Т – твердая фаза; Ж – жидкость; Г – газ;

Θ – угол смачивания: при несмачивании Θ > 90⁰, при частичном

смачивании Θ < 90⁰, при полном смачивании Θ = 0;

σ – поверхностное натяжение.

Условия смачивания и адгезии:

σ_Т-Ж < (σ_Т-Р + σ_Ж-Г), А_{адгезии} – А_{когезии} > 0.

Цель работы: получить представление о смачивании и зависимости степени смачивания от природы фаз на примерах контактов трех несмешивающихся фаз: вода – твердое тело – воздух.

В этих системах жидкой фазой является вода – высокополярное вещество. В качестве твердых фаз используются: оконное стекло, представляющее собой сплав оксидов Na₂O ^. CaO ^. 6SiO₂; оксидированный металл; металл с поверхностью, зачищенной от оксидов; парафин – неполярное вещество, состоящее из твердых высокомолекулярных углеводородов (от С₁₆ до С₄₀). Из числа этих твердых фаз парафин – неполярный гидрофобный, остальные фазы в той или иной степени гидрофильные.

Материалы и принадлежности: дистиллированная вода; пластинки: 1) из оконного стекла; 2) стеклянная, покрытая слоем парафина; 3) железная оксидированная; 4) железная свежезачищенная от оксидов; две медицинские пипетки, наждачная бумага.

Методика проведения опыта. Расположите на лабораторном столе все указанные выше пластинки. На каждую из них нанесите каплю воды.

Зарисуйте схемы наблюдаемого расположения воды на каждой пластинке.

Каждую пластинку поставьте на длинное ребро и отметьте, в каких случаях жидкость медленно стекает с пластинки (или совсем не стекает), а в каких – быстро.

Приведите рисунок, показывающий, как изменится степень смачивания парафиновой пластинки водой, если в воде растворить ПАВ.

В наблюдениях отметьте, какая степень смачивания водой имела место в каждом случае (на пластинках 1, 2, 3 и 4), и в каких вариантах адгезия наибольшая.

В выводах укажите:

– закономерности и причину наблюдаемой различной степени смачивания твердых поверхностей водой;

– сущность явления смачивания, возможные виды межмолекулярных взаимодействий при частичном и полном смачивании в проведенных опытах;

– как и почему ПАВ оказывают влияние на смачивание.

Приведите примеры явлений смачивания и адгезии из Вашей будущей специальности.

Опыт 2. Адсорбция веществ из водных растворов на твердой поверхности (с элементами УИРС).

Цель работы: получить представление об адсорбции и роли этого процесса для очистки растворов и выделения из них растворенных веществ.