МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ По выполнению лабораторно-практических занятий и заданий для самостоятельных работ по дисциплине «Физическая и коллоидная химия»

Константы уравнения Ленгмюра легко найти графически. Для этого необходимо преобразовать уравнение (2.10) в уравнение прямой линии в координатах с/Г - с или 1/Г – 1/с, например:

С/ Г = 1/ Г ∞К + (1/ Г ∞) с (2.11)

Котангенс угла наклона прямой к оси абсцисс - Г ∞, а отрезок, отсекаемый на оси ординат 1/ Г ∞К (рис. 2.3)

Рис. 2.3. Изотерма адсорбции в координатах приведенного уравнения Ленгмюра.

Так как Г ∞- количество молей адсорбированного вещества на единице поверхности, то число адсорбированных молекул равно Г ∞ ×NA. Площадь, занимаемая одной молекулой ПАВ в насыщенном поверхностном слое, постоянна для всех членов данного гомологического ряда и составляет:

So = 1/ Г ∞ ×NA (1.12)

Толщина адсорбционного слоя (высота гидрофобного углеводородного радикала) при этом составит:

δ = Г ∞ ×М/ρ (1.13)

Введение в цепь метиленовой группы - СН2- увеличивает длину молекулы на 1,43 Ао.

2.3. Экспериментальная часть

Опыт №1. Получение изотерм адсорбции на границе раздела водный раствор жирной кислоты – воздух.

Оборудование и реактивы: Сталагмометр, аналитические весы, взвешенные сухие бюксы. Водные растворы ПАВ одного гомологического ряда.

Вариант 1: водные растворы жирных кислот (муравьиной, уксусной, пропионовой, масляной, валериановой) с концентрациями, моль/л: 0,1; 0,05; 0,025; 0,0125 – для С3 – С4, 2,0; 1,5; 1,0; 0,5; 0,2; 0,1 – для С1 –С3.

Вариант 2: Водные растворы одноатомных спиртов тех же концентраций.

Ход работы: 1)Измерить поверхностное натяжение воды и водных растворов жирных кислот.

2) Построить график зависимости величины поверхностного натяжения от концентрации раствора.

3) С помощью графических построений получить зависимость величины адсорбции от концентрации.

4) Построить изотерму адсорбции в координатах приведенного уравнения Ленгмюра.

5) Найти графически величину предельной адсорбции.

6) Рассчитать значение толщины адсорбционного слоя и площадь, занимаемую одной молекулой.

7) На основе хода кривых изотерм адсорбции для водных растворов веществ – гомологов проверить выполнение правила Траубе – Дюкло.

Опыт №2. Получение изотерм адсорбции на границе раздела водный раствор спирта – воздух.

Работа аналогична опыту №1, см. вариант №2.

2.4. Контрольные вопросы

2.4.1. Дайте определение понятию «адсорбция». Какая величина служит мерой адсорбции?

2.4.2. Какой вид имеет изотерма адсорбции для ПАВ и растворов электролитов?

2.4.3. Приведите математическое выражение изотермы адсорбции Гиббса. Какая составляющая этого уравнения называется поверхностной активностью? Каков ее физический смысл?

2.4.4. Какова связь между величиной поверхностной активности и химическим составом ПАВ?

2.4.5. Сформулируйте правило Траубе – Дюкло и поясните физический смысл этого правила.

2.4.6. Приведите математическое выражение уравнения изотермы адсорбции Шишковского. Каков физический смысл констант, входящих в уравнение?

2.4.7. Выведите уравнение изотермы адсорбции Ленгмюра и поясните физический смысл констант этого уравнения.

2.4.8*. Как, используя уравнения Гиббса и Шишковского, придти к уравнению Ленгмюра?

2.5. Задачи для самостоятельного решения.