Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии - Фролов Ю. Г.
Скачать (прямая ссылка):
С ростом концентрации раствора число молекул ПАВ в адсорбционном слое увеличивается. При некоторой концентрации раствора может образоваться предельно насыщенный адсорбционный слой, так называемый «частокол Ленгмюра». В этом случае поверхностный слой отвечает конденсированной пленке и поверхность воды оказывается сплошь покрытой углеводородными участками молекул ПАВ. Поверхностное натяжение растворов при этих концентрациях приближается к значению поверхностного натяжения самих поверхностно-активных веществ на границе с воздухом.
При введении адсорбентов в водные растворы ПАВ молекулы ПАВ адсорбируются на границе вода — твердая поверхность. Согласно правилу Ребиндера при адсорбции ПАВ разность полярностей между адсорбентом и растворителем уменьшается. Все полярные гидрофильные поверхности адсорбируют ПАВ из неполярных и слабополярных жидкостей. Неполярные сорбенты, такие, как уголь или некоторые полимерные материалы, наоборот, хорошо адсорбируют ПАВ из полярных жидкостей.
На адсорбцию ПАВ из растворов существенное влияние оказывает и пористость сорбента. Влияние пористости определяется соотношением размеров пор и молекул ПАВ. С уменьшением размеров пор адсорбция небольших молекул ПАВ, как правило, возрастает. Однако это наблюдается, только если молекулы ПАВ имеют размеры, позволяющие проникнуть в поры адсорбента.
По истечении определенного времени в системе адсорбент — водный раствор ПАВ устанавливается равновесие между количеством А молекул ПАВ, перешедших на. поверхность сорбента, и их объемной равновесной концентрацией с. Это равновесие может быть описано уравнением Ленгмюра (11.2), при этом емкость монослоя Лоо отвечает предельной адсорбции. Для более точного определения величины Лоо предпочтительнее использовать уравнение Ленгмюра в линейной форме:
т-'^г+-зЬг4 ' ' ' <ПЛ5)
Графически зависимость Х/А—ЦХ/с) выражается прямой, пересекающей ось ординат. Отрезок, отсекаемый от оси ординат, определяет величину, обратную емкости монослоя. Тангенс угла наклона прямой позволяет найти константу адсорбционного равновесия /С
41
Величину адсорбции А для ПАВ обычно рассчитывают, определяя концентрацию раствора до и после адсорбции:
А ~ Г = с°~с V (11.16)
т ,
где со, с — начальная и равновесная концентрации ПАВчв растворе; т. — масса адсорбента; V — объем раствора ПАВ, в который введен адсорбент.
Разность концентраций поверхностно-активного вещества с0 — с удобно определять по изменению поверхностного натяжения раствора.
Определив • экспериментально емкость монослоя Аоо по формуле (11.4), можно рассчитать удельную поверхность адсорбента 5УД, т. е. поверхность, приходящуюся на единицу массы адсорбента. Для этого необходимо знать площадь 50> занимаемую одной молекулой адсорбата в насыщенном адсорбционном слое на границе раздела фаз. Согласно исследованиям Ленгмюра и Гаркинса площадь, занимаемая одной молекулой большинства одноосновных жирных кислот и спиртов, составляет 0,2—0,3 нм2.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Для проведения работы необходимы:
Прибор для измерения поверхностного натяжения.
Весы с разновесами.
Конические колбы емкостью 50 мл.
Воронки и фильтровальная бумага.
Бюретки и пипетка емкостью 25 мл.
Активный уголь или другой неполярный сорбент.
Раствор ПАВ, например 0,6 М раствор бутилового спирта или 0,3 М раствор изопентилового спирта.
Берут 6 навесок адсорбента (активного угля) по 1 г. Из исходного раствора ПАВ готовят путем разбавления 6 водных растворов в соответствии с данными:
1 2 3 4 5 6
Объем исходного раствора 25х
50 35 15 10 5
Объем добавляемого раство-
0 15 25 35 40 45
Растворы ПАВ с помощью пипетки делят на две равные части (по 25 мл). Одну серию растворов используют для измерения поверхностного натяжения и построения калибровочной изотермы о~/(спав)-Метод измерения поверхностного натяжения выбирается по указанию преподавателя (методики определения стж-г приведены в работе 1). Измерения поверхностного натяжения начинают с растворов наименьшей концентрации.
В растворы второй серии вносят навески адсорбента (по одной в каждую колбу) и оставляют на 1—1,5 ч, периодически взбалтывая, для установления адсорбционного равновесия в системе. Затем растворы ПАВ отделяют от адсорбента путем фильтрования и тем же методом измеряют значения поверхностного натяжения.
По результатам измерений етж-, растворов первой серии (до адсорбции) строят калибровочную кривую сг = /(спав2 и по ней определяют
л
42
Таблица II. I. Результаты исследования адсорбции ПАВ на угле
Номер ко л бы До адсорбции После адсорбции А, моль/г НА
V моль/л наибольшее давление пузырька Ар или сила отрыва кольпа Р °ж-г> Дж/м2 наибольшее давление пузырька Ар нли сила отрыва кольца Р °ж-г* Дж/м2* с, моль/л
равновесные концентрации ПАВ после адсорбции. Для каждого раствора по формуле (II. 16) рассчитывают значения А и строят изотерму адсорбции в координатах А — с.
Полученные результаты записывают в таблицу (см. табл. П. 1).
Для определения величины Лео строят график зависимости 1/Л = = /(1/с). По найденному значению Лео рассчитывают удельную поверхность адсорбента 5УД (для бутилового и^йзрр^нтилового спиртов 5р принимают равной 0,3 нм2).
