Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
Затем измеряют поверхностное натяжение исследуемых жидкостей одним из методов, приведенных в работе 1. Поверхностное натяжение жидкостей также находят как среднее значение из результатов трех параллельных измерений.
На основе полученных данных строят зависимость cos 9НТ =/(сгж_г и экстраполяцией прямой до cos9HT=l определяют акр. По формуле (1.57) рассчитывают значения работы адгезии Wa между полимером и исследуемыми жидкостями и строят кривую Wa = f (аж.г).
Работа 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОТЕНЦИАЛА НА ПОВЕРХНОСТНОЕ НАТЯЖЕНИЕ
Цель работы: определение зависимости поверхностного натяжения на границе ртуть — раствор и краевого угла от электрического потенциала; исследование влияния природы электролита на точку нулевого заряда.
Связь между межфазным поверхностным натяжением и электрическим потенциалом поверхности выражается уравнениями Липпмана (1.23) и (1.24). Зависимость поверхностного натяжения от электрического потенциала называют электрокапиллярной кривой. Для межфазной границы ртуть — раствор электрокапиллярные кривые получают обычно с помощью капиллярного электрометра. Используя уравнения Липпмана, по электрокапиллярной кривой можно рассчитать плотность заряда на поверхности ртути, дифференциальную емкость двойного электрического слоя для определенного состава раствора и определить точку нулевого заряда (т. н.э.), т. е. то значение потенциала, при котором плотность поверхностного заряда qs = 0, а сг имеет максимальное значение.
В присутствии поверхностно-активных веществ в растворе т. н. з. может измениться. Например, ионы СГ, Вг", Г специфически адсорбируются на поверхности ртути, снижают сг и приводят к смещению т. п. з. в область более отрицательных значений электрического потенциала.
Характер влияния потенциала на поверхностное натяжение может быть исследован по изменению краевого угла 9. Если на поверхность ртути (или другого металла), находящейся в водном растворе электролита, нанести небольшую каплю органической жидкости, которая нерастворима, в воде (рис. 7), то на трехфазной границе устанавливается равновесие сил поверхностного натяжения в соответствии с уравнением Юнга (I. 13). Если органическая жидкость неполярна и не является проводником, то значения cri, 3 и cri, 2 практически не зависят от потенциала поверхности металла. Косинус краевого угла в этом
27
бІ2 в, COS в
Рис. 7. Силы, действующие на границе раздела фаз: металл (3)—водный раствор электролита (2) — органическая жидкость (1).
Рис. 8. Зависимость краевого угла G и cos G на поверхности ртути от электрического потенциала.
случае является функцией только поверхностного натяжения на границе металл — водный раствор а2,3:
0"о о - k:
cosG = —^\-- (1.59)
где ki и кг — константы.
Из уравнения (1.59) следует, что при потенциале нулевого заряда, когда а2,з имеет наибольшее значение, cos 8 максимален и, следовательно, краевой угол имеет наименьшее значение. При отклонении потенциала от т. н. з. поверхностное натяжение на границе металл — раствор электролита уменьшается и соответственно увеличивается 8. Таким образом, зависимость краевого угла от потенциала проходит через минимум (рис. 8).
Из уравнений (1.23) и (1.59) следует, что заряд единицы поверхности qs — — do2>3/dq> =— k2d(cos в) /dq> положительный при потенциалах электрода, более положительных по сравнению с qoH. 3 •—точкой нулевого заряда. И наоборот, когда ф -< фн. 3, на поверхности имеется отрицательный заряд.
Рис. 9. Схема установки для измерения краевого угла на поляризуемой поверхности ртути:
1—ртуть; 2 — измерительная кювета; 3—вспомогательный электрод; 4—тумблер включения; 5—источник питания; 6—реостат; 7—вольтметр; 8—анод; 9—катетометр; 10—осветитель.
28
Экспериментально определяемые значения краевых углов при различных потенциалах твердой металлической поверхности (платина, серебро, цинк и др.), как правило, плохо воспроизводимы вследствие энергетической неоднородности и шероховатости таких поверхностей. Поверхность жидкого металла (ртуть, амальгамы, галлий) обычно однородна, что позволяет провести исследование зависимости cos 0 от <р.
Измерение краевого угла 0 на поверхности ртути при различных потенциалах проводят с помощью установки, схема которой приведена на рис. 9. Установка состоит из измерительной ячейки 2, источника постоянного тока 5, реостата 6, вольтметра 7, осветителя 10 и катетометра 9. Ячейка представляет собой стеклянную кювету с плоскопараллельными стенками, на дне которой находится слой ртути 1 (5— 8 мм), являющейся катодом. В верхней части ячейки располагается анод, изготовленный из платинированной платины. Катод соединяется с источником тока через вспомогательный электрод (контактная стеклянная трубка 3, в нижней части которой имеется платиновый впай).
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Для проведения работы необходимы;
Установка для измерения краевого угла на поверхности ртути.
Пипетка с тонким оттянутым концом.
Раствор индифферентного электролита, например KF.
Раствор ПАВ, например KI, масляная кислота (снижающие поверхностное натяжение ртути).
