Методические указания в сжатой форме знакомят студентов с основными теоретическими положениями, относящимися к данной лабораторной работе или группе лабораторных работ со схожей тематикой,
 Скачать 1.55 Mb.
|
Содержание отчета по лабораторной работе1. Название работы. 2. Цель работы. 3. Ход эксперимента. 4. Экспериментальные данные (см. протокол к лабораторной работе). 5. Обработка экспериментальных данных. 6. Вывод. Лабораторная работа № 15. Исследование поверхности раздела фаз раствор ПАВ - воздухЦель работыНа основании изотермы поверхностного натяжения и изотермы адсорбции определить постоянные уравнения Шишковского, рассчитать предельное значение удельной адсорбции ПАВ, площадь, занимаемую одной молекулой и ее длину. Сущность работыС ростом концентрации ПАВ в растворе поверхностное натяжение раствора резко снижается. Наиболее простым способом измерения поверхностного натяжения является капельный метод. Он основан на том, что капля жидкости, висящая на горизонтальной поверхности сталагмометра, отрывается от нее в тот момент, когда ее вес уравновешивается силой, равной произведению поверхностного натяжения на длину окружности основания капли. Чем меньше поверхностное натяжение жидкости, тем мельче капли и больше их число. По числу капель для растворов с разной концентрацией определяют величину поверхностного натяжения. Оборудование и реактивыСталагмометр – 1 шт.; колба коническая или круглая объемом 50 или 100 мл – 4 шт.; стакан химический объемом 100 мл – 1 шт.; стакан химический объемом 250 мл – 1 шт.; мерная пипетка объемом 20 мл – 1 шт.; резиновая груша или шприц – 1 шт.; растворы ПАВ для исследований (наименование и концентрация раствора ПАВ указана на емкости с реактивом). Выполнение работы1. Приготовить 5 растворов ПАВ, заданного преподавателем. 1.1. В маркированный химический стакан вместимостью 250 мл отобрать около 200 мл дистиллированной воды. 1.2. Взять 4 нумерованные колбы вместимостью 100 мл. 1.3. В каждую из четырех колб при помощи мерной пипетки из химического стакана вместимостью 250 мл отобрать по 20 мл дистиллированной воды. 1.4. В маркированный химический стакан объемом 100 мл отобрать из бутыли около 50 мл раствора ПАВ, заданного преподавателем. 1.5. В колбу № 1 при помощи мерной пипетки отобрать 20 мл раствора ПАВ и перемешать. 1.6. Из колбы № 1 при помощи мерной пипетки отобрать 20 мл раствора ПАВ, перенести в колбу № 2, перемешать. 1.7. Из колбы № 2 при помощи мерной пипетки отобрать 20 мл раствора ПАВ, перенести в колбу № 3, перемешать. 1.8. Из колбы № 3 при помощи мерной пипетки отобрать 20 мл раствора ПАВ, перенести в колбу № 4, перемешать. По окончании приготовления растворов должно получиться 5 проб с растворами ПАВ разной концентрации: стакан с исходным раствором и 4 колбы, в которых концентрация ПАВ последовательно уменьшается в 2 раза. 2. Определить водяное число сталагмометра N0. 2.1. Из маркированного химического стакана вместимостью 250 мл отобрать порцию воды в сталагмометр. 2.2. Дать воде спокойно течь и сосчитать, сколько капель образуется при движении мениска жидкости от верхней риски сталагмометра до нижней. Полученное значение занести в таблицу 1 протокола лабораторной работы. 2.3. Повторить выполнение п.п. 2.1 и 2.2 от 2 до 3 раз. 3. Определить количество капель N для каждого из растворов ПАВ. 3.1. Измерения начинать с самого разбавленного раствора. 3.2. Из маркированного химического стакана или колбы отобрать порцию раствора ПАВ в сталагмометр. 3.2. Дать раствору спокойно течь и сосчитать, сколько капель образуется при движении мениска жидкости от верхней риски сталагмометра до нижней. Полученное значение занести в таблицу 1 протокола лабораторной работы. 3.3. Повторить выполнение п.п. 3.1 и 3.2 три раза. 3.4. Операции с 3.1 по 3.3 проделать для всех пяти растворов ПАВ. Протокол лабораторной работы1. Наименование ПАВ и его химическая формула 2. Массовая доля ПАВ в исходном растворе ω = _____ %. 3. Температура _____ °С. Таблица 1Зависимость количества капель от концентрации раствора ПАВ
Обработка экспериментальных данных1. Построить график зависимости плотности раствора ПАВ от массовой доли ПАВ в растворе (см. рис. 8), определить значения плотностей растворов ПАВ, использованных при проведении эксперимента и занести их в таблицу 4. Таблица 2Плотности ПАВ
 График для определения плотности раствора ПАВ (на примере амилового спирта)2. Вычислить молярную концентрацию ПАВ в каждом из исследованных растворов по формуле:  , где ω – массовая доля ПАВ в растворе, %; d – плотность раствора ПАВ, г/см3, определеная графическим методом (см. рис. 8); М – молярная масса ПАВ, г/моль. Значения молярных концентраций занести в таблицу 4. 3. Вычислить для каждого опыта величину поверхностного натяжения по уравнению  ,где 0 и d0 – поверхностное натяжение и плотность чистой воды при температуре опыта Т (см. табл. 2); N0 – водяное число сталагмометра; d и N – плотность и среднее значение числа капель исследуемого раствора ПАВ. Плотность воды принять равной 1 г/см3. Таблица 3 - Поверхностное натяжение воды
Полученные результаты занести в таблицу 4. Таблица 4 - Зависимость поверхностного натяжения от концентрации ПАВ
3. Построить график изотермы поверхностного натяжения = f(С).  Рис. 6. Изотерма поверхностного натяжения. y40 = (56-40)·103 Дж/м3; y60 = (70-60).4. Определить постоянные уравнения Шишковского = 0 i = aln(bCi +1). 4.1. Разделить график, начиная с 0 по оси ординат на 4-5 равных участка и занести их значения в таблицу 5. 4.2. По линии тренда определить концентрации ПАВ, соответствующие выбранным значениям и занести их значения в таблицу 5. 4.3. Вычислить значения K как минимум для трех выбранных точек n по уравнению:  и найти Kср. Значения K занести в таблицу 5. 4.5. Рассчитать постоянную а уравнения Шишковского (характеризует предельную адсорбцию ПАВ на поверхности):  .4.6. Вычислить постоянную b (характеризует адсорбционную способность вещества в разбавленных растворах) для каждой концентрации (определенной графически):  и взять среднее арифметическое значение. Значения b занести в таблицу 5. 5. Определить значения удельной адсорбции Гn для всех концентраций раствора. 5.1. Для значений концентрации ПАВ из таблицы 5 провести касательные к зависимости σТ = f(С), ориентируясь на положение линии тренда, до пересечения с осью ординат и найти величину yn (см. рис. 6). Значения y занести в таблицу 5. 5.2. Рассчитать значения Гn по формуле:  и занести в таблицу 5. Таблица 5 - Данные для определения констант уравнения Шишковского и построения изотермы адсорбции
6. Построить изотерму адсорбции в координатах Г = f(C) и определить графически предельное значение удельной адсорбции Г∞  Рис. 7. Изотерма адсорбции Гиббса. Г∞ = 0,67 моль/м2.7. Рассчитать площадь, занимаемую одной молекулой ПАВ по уравнению:  .8. Рассчитать длину молекулы по уравнению:  . | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||