Сорбционный слой («частокол Ленгмюра»)

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Для выполнения работы необходимы:

Автоматический тензиометр

Раствор анионактивного ПАВ (лаурилсульфата натрия С₁₂Н₂₅SO₄Na, C_ПАВ=3,152 *10^-3, плотность ПАВ r_ПАВ=1,01 г/см³, молекулярная масса М_ПАВ=288,38 г/моль)

Бюкс для раствора ПАВ

Шприц-дозатор

Мерный стакан на 100 мл.

Стеклянная палочка для перемешивания раствора

Фильтровальная бумага

Цель работы – определение поверхностного натяжения на границе жидкой и газообразной фаз и его изменение при добавках ПАВ. По полученным экспериментальным данных построить изотерму адсорбции Г =F(C_m) молекул ПАВ, рассчитать посадочную площадь одной молекулы ПАВ wи толщину h адсорбционного слоя ПАВ.

Для работы на тензиометре необходимо изучить конструкцию и порядок выполнения измерений (инструкция прилагается). Особенность прибора заключается в том, что после 4-х непрерывных измерений он зависает. Поэтому после 4-го измерения необходимо поднять измеряемую пластину над поверхностью жидкости и выключить прибор. Через 30 сек. включить прибор и продолжать измерения. Пластину от жидкости очищать не надо.

Прежде всего, в сухую стеклянную емкость прибора V_o необходимо налить 40 мл дистиллированной воды. В чистой воде измерить поверхностное натяжение s₀ и занести данные в таблицу. Далее шприцом-дозатором набрать 1 мл раствора ПАВ из бюкса, опустить столик прибора как можно ниже (чтобы пластина прибора не мешала растворению ПАВ в жидкости) и не касаясь жидкости из шприца ввести ПАВ в стеклянную емкость. Стеклянной палочкой тщательно перемешать содержимое емкости и дать жидкости успокоиться. После этого закрыть шторки прибора и поднять столик вверх к пластине для измерения поверхностного натяжения. Затем вновь набирают шприцом-дозатором 1 мл раствора ПАВ из бюкса, вводят ПАВ в жидкость и повторяют операции по измерению поверхностного натяжения жидкости с ПАВ. Всего необходимо провести 10 измерений с возрастающей концентрацией ПАВ, при этом поверхностное натяжение s_i должно монотонно уменьшаться. Данные внести в таблицу.

Таблица

Экспериментальные данные измерения поверхностного натяжения

(температура опыта t = ^оC)

Номер по порядку (n)	Накоп-ленный объем ПАВ, (DVi), мл	Теку-щая масса ПАВ, (mi), г	Текущая объем-ная концен-трация ПАВ, (Сv), г/л	Текущая молярная концен-трация ПАВ, (Сm), моль/л	Текущая адсобция ПАВ (Гi), моль/м2	Поверх-ностное натяже-ние, (si), мН/м
						s0
						si
…	…
					Г¥	sinin

По данным таблицы построить график изменения поверхностного натяжения от молярной концентрации С_m ПАВ. Вначале рассчитывается текущая масса ПАВ по формуле:

, (грамм).

Текущая объемная концентрация ПАВ рассчитывается по формуле:

(г/л).

Далее определяем молярную концентрацию ПАВ:

(моль/л).

Текущую адсорбцию Г_i по Гиббсу определяем по формуле:

,

Перейдем к конечным разностям:

.

Так как С_o=0, то:

(моль/м²),

а максимальная адсорбция ПАВ составляет:

(моль/м²),

где R= 8,314 Дж/моль*К; Т= t ^оC+273,15 температура в градусах Кельвина.

Далее строим изотерму адсорбции Г_i=F(C_m) молекул ПАВ, рассчитываем посадочную площадь одной молекулы ПАВ wи толщину адсорбционного слоя ПАВ h по формулам:

(м² или А²),

1 А =10^-10 м; N_a- число Авогадро 6,02*10²³ моль^-1,

(м или А).

В качестве справочных данных: посадочная площадь одной молекулы азота составляет w_N2 = 16,2 A².

Вопросы к зачету.

1. Что такое адсорбция и десорбция?

2. Что такое поверхностная активность ПАВ?

3. Что такое изотерма адсорбции?

4. Адсорбция по Ленгмюру и Гиббсу?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5