Теоретическая часть

Поверхностно-активными называют вещества, с увеличением концентрации которых в растворе поверхностное натяжение на границе раздела фаз понижается. Поверхностно-активные вещества имеют дифильное строение. Молекулы ПАВ состоят из гидрофильной и гидрофобной (олеофильной) частей, что является характерной отличительной особенностью их строения.

Гидрофильная часть представлена полярными группами: - СООН; -NH₂; -ОН; -SO₃H; -NO₂ и др. Гидрофобную часть образуют углеводородные радикалы парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов. Дифильные молекулы поверхностно-активного вещества изображают символом , где кружок обозначает полярную группу, а черточка - углеводородный радикал.

Все дифильные ПАВ делят на истинно растворимые и коллоид-
ные. К первой группе относят растворимые в воде дифильные органические соединения с небольшим углеводородным радикалом, например, низшие спирты, фенолы, кислоты и их соли, амины. Эти вещества находятся в растворе в виде молекул или ионов. Они применяются в качестве смачивателей, вспенивателей, гидрофоби-
заторов при флотации, диспергаторов и т.д.

Вследствие дифильного строения молекулы ПАВ адсорбируются на границе раздела фаз «вода – воздух», ориентируясь при этом определенным образом. Гидрофильная часть молекул, обладающая сродством к полярным молекулам воды, взаимодействует с водой, а неполярная гидрофобная часть выталкивается в неполярную фазу (воздух).

Ко второй группе относят коллоидные ПАВ. Главной отличительной особенностью этих веществ является способность образовывать термодинамически устойчивые (лиофильные) гетерогенные дисперсные системы – мицеллярные коллоиды.

Изотермой адсорбции называется зависимость величины адсорбции от концентрации или парциального давления адсорбата в объёмной фазе при постоянной температуре. Изотерма адсорбции описывается аналитически многими уравнениями: Ленгмюра, Темкина, Фрейндлиха и другими, но термодинамически строго выведено лишь уравнение Гиббса:

(1)

где Г – гиббсовская адсорбция, моль/м²;

с – концентрация поверхностно-активного вещества, Кмоль/м³;

Т – абсолютная температура, К;

s- поверхностное натяжение, Дж/м²;

R – универсальная газовая постоянная (R=8,314 ).

Гиббсовской называется величина адсорбции, которая показывает не абсолютное количество адсорбата, а избыток его количества на поверхности по сравнению с объёмной фазой и отнесенное к единице площади:

, (2)

где n – избыток числа молей адсорбата на поверхности раздела фаз по сравнению с объёмной фазой, моль;

S – площадь раздела фаз, м².

В уравнении Гиббса (1) можно выделить величину g:

. (3)

Эту величину называют поверхностной активностью, если, как указано в формуле, концентрация стремится к нулю. Отношение ¶s/¶снепостоянно и зависит от концентрации растворенного вещества. Значение поверхностной активности графически может быть определено как тангенс угла наклона касательной к изотерме поверхностного натяжения в точке, которая соответствует поверхностному натяжению чистого растворителя, т. е. g = tga.

Если g>0, то вещество поверхностноактивно, Г>0 Þ адсорбция положительна; при g<0 вещество поверхностноинактивно, Г<0 Þ концентрация на поверхности раздела фаз будет уменьшаться по сравнению с объёмной фазой Þ происходит десорбция. Если Г=0, g=0 Þ вещество поверхностнонеактивно (индифферентно) и адсорбции нет.

Поверхностное натяжение – это энергия, которой обладает единица поверхности раздела фаз, или сила, действующая на единицу длины контура, ограничивающего поверхность тела, перпендикулярно контуру в плоскости раздела фаз, в сторону сокращения величины поверхности (рис. 1)

Сила F_e растягивает поверхность на 1 м², при этом совершается работа. Сила F_e численно равна величине поверхностного натяжения и совершённой работе.

Поверхностное натяжение жидкостей определяют несколькими экспериментальными методами:

1) сталагмометрическим;

2) отрыва кольца;

3) капиллярного поднятия;

4) наибольшего давления газа в пузырьке (применяемый в данной работе метод Ребиндера).

Вариант 1

Поиск по сайту: