ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4. ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ

Изменение поверхностного натяжения во времени, отражающее процесс формирования адсорбционного слоя на поверхности растворов ПАВ, можно изучать полустати- ческими методами максимального давления в пузырьках, отрыва кольца и сталагмометрически. Для этого измеряют а при различной скорости увеличения поверхности раздела, т. е. изменяя время образования пузырька или капли, время отрыва кольца, что нетрудно осуществить экспериментально. В таком случае обнаруживается, что измеряемое значение а уменьшается по мере снижения скорости образования поверхности, стремясь к наименьшему равновесному (статическому) значению. Однако более удобными для указанной цели являются статические методы капиллярного поднятия и пластинки Вильгель- ми, при которых площадь поверхности раздела в ходе измерения остается постоянной. В случае метода втягивания пластинки применение электровесов, снабженных самописцем, позволяет осуществить непрерывную запись кривой кинетики поверхностного натяжения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Методом капиллярного поднятия измеряют поверхностное натяжение раствора ПАВ определенной концентрации в зависимости от времени. По полученным данным строят кривые кинетики поверхностного натяжения. Рассчитывают константу скорости формирования адсорбционного слоя.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

Кинетику изменения поверхностного натяжения изучают с помощью прибора, изображенного на рисунке 32 (описание прибора и методику измерения см. в лабораторной работе 1). В качестве объекта исследования берется раствор коллоидного ПАВ с концентрацией, не превышающей ККМ (например, раствор додецилсульфата натрия с концентрацией от 0,5 до 5 ммоль/л).

Для обеспечения полной смачиваемости стенок сосуда раствором прибор промывают теплой хромовой смесью, водопроводной и дистиллированной водой.

Заполняют прибор испытуемым раствором в таком количестве, чтобы уровень в капилляре не доходил до его изогнутой части на 2-3 см. Жидкость вводят в широкую часть сосуда с помощью воронки. Заполненный прибор закрывают пришлифованной пробкой и погружают в термостат с заданной температурой таким образом, чтобы мениск в капилляре был не менее чем на 1-2 см ниже поверхности термостатирующей жидкости. Прибор должен быть закреплен в строго вертикальном положении с помощью отвеса. Выдерживают систему в термостате 10-15 мин для установления теплового равновесия.

Для создания свежей поверхности раздела выдавливают из капилляра 1-2 капли раствора, осторожно повышая давление воздуха в левом колене прибора через отводную трубку с помощью груши. Когда мениск вернется в левую вертикальную часть капилляра, пускают секундомер и начинают наблюдение за снижением уровня в капилляре, периодически замеряя положение дна мениска с помощью катетометра (описание катетометра и методика работы с ним даны в лабораторной работе 1). Промежутки времени между замерами в начале опыта должны составлять 2-3 мин; затем, по мере уменьшения скорости смещения уровня, замеры делают реже. Измерения следует проводить до тех пор, пока смещение мениска не прекратится практически полностью, что достигается в течение 2-4 ч. К этому времени скорость уменьшения высоты капиллярного поднятия становится настолько незначительной, что можно пользоваться достигнутыми значениями а как статическими. Закончив наблюдения за кинетикой поверхностного натяжения, делают отсчет положения мениска плоской поверхности в широкой части прибора.

Для расчета поверхностного натяжения требуется знать радиус капилляра. Если он неизвестен, его вычисляют по высоте поднятия стандартной жидкости. В качестве таковой используют бидистиллированную воду, полученную перегонкой над КМп04.

Прибор освобождают от раствора ПАВ, многократно промывают водой. Капилляр промывают, пропуская через него воду из широкой части сосуда с помощью груши, присоединенной к отводной трубке 4 при закрытом кране 3 (см. рис. 32). Промытый прибор ополаскивают биди- стиллатом и заполняют им, как указано выше. После тер- мостатирования измеряют катетометром уровень жидкости в широкой трубке прибора (п0), уровень дна мениска (п), а также границы смачивания (л'). Опорожняют и сушат прибор.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

1. Вычисляют радиус капилляра по формуле

где аст, рст, р'т, Лст — соответственно поверхностное натяжение, плотность жидкости и пара, высота поднятия для стандартной жидкости. Величины стст и рст при температуре опыта находят в справочнике. Величиной плотности пара можно пренебречь. Высоту поднятия Лст находят по формуле

где

  • 2. Рассчитывают величины капиллярного поднятия и соответствующие значения поверхностного натяжения раствора ПАВ при различном времени жизни поверхности, используя найденное значение радиуса капилляра.
  • 3. По полученным данным строят график зависимости поверхностного натяжения от времени. Находят наименьшее значение поверхностного натяжения, принимая его за статическое аст.

Все результаты записывают в таблицу по нижеприведенной форме:

Время жизни поверхности т, мин

Высота капиллярного поднятия Л, мм

<7Т,

мН/м

о0 - о ст,-ст

1пСТ"-а ст,-а

4. Строят график в координатах линейной формы интегрального уравнения кинетики поверхностного натяжения (2.36), т. е. график зависимости

Находят значение константы Ь, характеризующей скорость формирования адсорбционного слоя в начальный период адсорбции, как тангенс угла наклона линейного участка графика этой зависимости.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >