Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
(^3. Чем обусловлено улучшение смачивания водой гидрофобных поверхностей при введении в нее ПАВ?
24) Что такое интегральная и дифференциальная теплоты смачивания и какие существуют методы их определения?
Й>у Что такое углы натекания и оттекания и как по ним можно найти равновесный краевой угол?
(Щ} Как влияет неоднородность и шероховатость твердых поверхностей на их смачивание и адгезию?
ш) Что такое коэффициент Гаркинса? Каковы условия растекания жидкостей? Рассмотрите особенности растекания жидкостей на твердых поверхностях.
28. Как влияет кривизна поверхности и природа жидкости на ее внутреннее давление? Каковы причины поднятия (опускания) жидкостей в капиллярах?
29. Чем обусловлена сферическая форма капель жидкости в условиях невесомости?
30. Как влияет дисперсность вещества на его реакционную способность, давление пара, растворимость, константу равновесия химические реакций?
31. Почему в капиллярах пар конденсируется при давлениях более низких, чем на плоской поверхности?
32. Как влияет электрический потенциал на поверхностное натяжение тел? Какими уравнениями выражается взаимосвязь между этими параметрами?
33. Какие количественные характеристики двойного электрического слоя можно определить по электрокапиллярным кривым?
31
34. Как влияют поверхностно-активные анионы и катионы на потенциал нулевого заряда?
35. Как изменяется вид электрокапиллярной кривой по мере увеличения концентрации индифферентного электролита и чем это обусловлено?
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ
1. Определите энергию Гиббса 05 поверхности капель водяного тумана массой т = 4 г при 293 К, если поверхностное натяжение воды с = 72,7 мДж/м2, плотность воды р = 0,998 г/см3, дисперсность частиц О = 50 мкм-1.
Решение, Энергия Гиббсп поверхности определяется по уравнению (I. 1):
б5 = се
Связь между удельной поверхностью 5УД, поверхностью в, объемом V и дисперсностью /) выражается соотношением (1.3):
«уд = -^-=6?>
Отсюда поверхность капель тумана составляет:
= 6 = 6?> — Р
и
аэ = ЪО — сг = 6-5- 10?- -Цг^--0,0727 = 87,41 Дж
О УУо
2. Рассчитайте полную поверхностную энергию 5 г эмульсии бензола в воде с концентрацией 75 °/о (масс.) и дисперсностью О = 2 мкм-1 при температуре 313 К-Плотность бензола при это» температуре р = 0,858 г/см3, поверхностное натяжение с = 32,0 мДж/м2, температурный коэффициент' поверхностного натяжения бензола с!а/с1Г = — 0,13 мДж/(м2-К).
Решение. Полная поверхностная энергия ?Л рассчитывается по уравнению Гибб-са — Гельмгольца (I 8):
Поверхность в капель бензола 75 %-ной эмульсии массой пх — 5 г составляет:
« пт/ ап !п 6-2 - 106-5-0,75- 10~3 м 2
в = 6 ОУ = 6?> — =--р--~ 52,4 м2
р 858
Отсюл
1)8 = (32,0 • Ю-3 + 0,13 • 10~3 • 313) • 52,4 = 3,81 Дж
3. Рассчитайте давление насыщенных паров р над каплями воды с дисперсностью О = 0,1 пм-1 при температуре 293 К- Давление паров воды над плоской поверхностью при этой температуре рв = 2338' Па, плотность воды р — 0,998 г/см;), поверхностное натяжение воды а = 72,7 мДж/м2.
Решение. Влияние кривизны поверхности т давление насыщенного пара выражается уравнением Кельвина П 11):
р 2аУм 2&М2Р 2 • 0,0727^ 18 ¦ 10~3 • 2 ¦ 108 _
Рз ~ ЯТг Я1)р 998-8,31-293 -".21
Отсюда
р1р3= 1,23 и р = 1,23-2338 = 2875 Па
4. Две вертикальные параллельные пластинки частично погружены в жидкость на расстоянии й = 1 мм друг от друга. Угол смачивания И пластинок жидкостью составляет 30°. Поверхностное натяжение жидкости а = 65 мДж/м2, разность плотностей жидкости и воздуха Ар = 1 г/см3.
32
Рассчитайте избыточное давление в жидкости и силу взаимного притяжения пластинок, если их размеры составляют 5X5 см.
Решение. Капиллярное (избыточное) давление в жидкости между параллельными пластинками рассчитывают по уравнению
гстсоБб 2-65- 1(Г3- 0,87 ,,01ТТ Др =--=- '-=113,1 Па
й 1 • 10 3
При смачивании поверхности пластинок избыточное давление уменьшает внутреннее давление в жидкости, что приводит к ее поднятию по сравнению с уровнем жидкости в сосуде и появлению силы, прижимающей пластины:
/? = Дрв = 113,1 - 0,05 • 0,05 = 0,28 Н
Такую силу надо приложить к каждой пластинке перпендикулярно ее поверхности, чтобы оторвать пластинки друг от друга.
5. В воздухе, содержащем пары воды, образуется туман при температуре 270,8 К (коэффициент пересыщения у равен 4,21). Рассчитайте критический размер ядер конденсации и число молекул, содержащихся в них. Поверхностное натяжение воды а = 74 мДж/м2, мольный объем воды Ум = 18- Ю-6 м3/моль.
Решение. Радиус г равновесного зародыша в зависимости от пересыщения системы определяется по уравнению Кельвина (I. 11):
Отсюда
2аУм 2-74- 10~3 • 18- 10~6 „ „, ,.-10 Г-Ж1^- 8,31-270,8-Ш 4,21 = Ш ' 10 М = °<Ш нм
Число молекул п в одном зародыше составит:
^ядра^А 4-3,14(8,24-Ю-10)3-6,02-1023 ^
Vu 3- 18- 10 6
6. Рассчитайте работу адгезии Wa ртути к стеклу при 293 К, если известен краевой угол 8 = 130°. Поверхностное натяжение ртути а = 475 мДж/м2. Найдите коэффициент растекания f ртути по поверхности стекла.
