рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Теоретичні відомості

Теоретичні відомості - раздел Химия, Фізична та колоїдна хімія   Поверхневий Натяг (S) – Це Робота, Яку Необхідно Витра...

 

Поверхневий натяг (s) – це робота, яку необхідно витратити для утворення 1м2 нової поверхні розділу фаз, або еквівалентна їй вільна енергія, що припадає на 1м2 поверхні. Сила поверхневого натягу спрямована тангенціально до поверхні рідини і вимірюється в Н/м або в Дж/м2.

Поверхня розділу фаз характеризується надлишком питомої вільної поверхневої енергії. Мимовільні процеси протікають зі зменшенням вільної енергії системи. Тому рідина завжди намагається зберегти мінімальну поверхню, що відповідає мінімуму вільної поверхневої енергії. Цим пояснюється сферична форма крапель рідини.

Чисті індивідуальні рідини мають певні значення s. Серед рідин найбільший поверхневий натяг має вода – 72,75 мДж/м2 при 293 К. З підвищенням температури поверхневий натяг рідин зменшується.

Безпосередньо визначати поверхневий натяг можна тільки в рідинах, оскільки в них краплі зливаються, утворюючи нову поверхню. Відома велика кількість методів визначення поверхневого натягу, які можна поділити на три групи: статичні, напівстатичні та динамічні.

Сталагмометричний метод (напівстатичний) базується на визначенні поверхневого натягу рідини шляхом підрахунку кількості крапель n рідини. Ґрунтується на залежності кількості крапель n, утворених з рідини, що міститься в об'ємі сталагмометра Vст, від поверхневого натягу рідини.

Крапля відривається від кінця капіляра сталагмометра, якщо її маса Рк буде перевищувати силу поверхневого натягу по периметру капіляра f

Рк=Vк∙ d (7.1)

де Vк – об’єм однієї краплі; d – густина рідини.

f=2∙π∙r∙σ, (7.2)

де r – радіус капіляра сталагмометра.

Якщо з об’єму сталагмометра Vст, обмеженого двома позначками, утворюється n крапель, то об’єм однієї краплі:

(7.3)

Тоді математичною умовою відриву краплі від кінця капіляра сталагмометра буде таке рівняння:

2∙π∙r∙σ = (7.4)

Для виключення з одержаного рівняння параметрів сталагмометра (його об’єм Vст та радіус капіляра r) підрахунок числа крапель n починають з еталонної рідини – дистильованої води, для якої відомий поверхневий натяг – . Умові відриву крапель дистильованої води буде відповідати таке рівняння:

2∙π∙r∙= (7.5)

Потім сталагмометр наповнюють досліджуваною рідиною розчину. Його поверхневий натяг невідомий σ1 і може бути розрахований згідно з рівнянням:

2∙π∙r= . (7.6)

Для виключення з розрахунку параметрів сталагмометра, треба ліву та праву частини рівняння (7.5) розділити на відповідні частини рівняння (7.6). Отримуємо:

. (7.7)

Оскільки в роботі вимірювання проводять тільки з розбавленими розчинами, можна вважати, що густина розчину d1 мало відрізняється від густини води .

Отже, рівняння можна спростити:

(7.8)

Добуток визначається як константа сталагмометра. Значення залежить від температури. Для розрахунку константи сталагмометра беруть табличне значення поверхневого натягу води (Дж/м2) згідно з температурою досліду в лабораторії:

 

= 0,07305; = 0,07290; = 0,07275; = 0,07259;

= 0,07244; = 0,07228; = 0,07213; = 0,07197

 

Адсорбція – це процес накопичення розчиненої речовини (або газу) на межі розділу фаз, який характеризується зміною концентрації компонента в поверхневому шарі порівняно з об’ємною фазою. Адсорбцію виражають в моль/м2. Адсорбція відноситься до поверхневих явищ і протікає мимовільно, оскільки супроводжується зменшенням вільної поверхневої енергії F, тобто це термодинамічно вигідний процес.

Речовини, додавання яких до розчину веде до різкого зменшення поверхневого натягу і вільної поверхневої енергії на межі поділу фаз, називаються поверхнево-активними речовинами (ПАР).

Рівняння ізотерми адсорбції Гіббса встановлює залежність між гіббсівською адсорбцією Г, концентрацією поверхнево-активної речовини С і зміною поверхневого натягу за концентрацією .

(7.9)

Графічна залежність поверхневого натягу рідини від концентрації розчиненої речовини називається ізотермою поверхневого натягу, яка графічно зображується в координатах s=f(С). Залежність адсорбції від концентрації розчиненої речовини Г=f(С) при сталій температурі називається ізотермою адсорбції.

Здатність речовини знижувати поверхневий натяг при адсорбції на межі розділу фаз називається поверхневою активністю. Ця величина графічно визначається як тангенс кута нахилу дотичної до ізотерми поверхневого натягу в початковій точці (С=0), що відповідає поверхневому натягу чистого розчинника. Чим більше значення поверхневої активності, тим вища здатність адсорбтива зменшувати поверхневий натяг на межі розділу фаз і тим крутіша ізотерма поверхневого натягу.

Прикладами ПАР є жирні кислоти та їх солі, спирти тощо. Речовини, при додаванні яких підвищується поверхневий натяг, називаються поверхнево-інактивними речовинами (ПІР). До ПІР відносяться електроліти (неорганічні кислоти, основи, солі).

Поверхнева активність молекул ПАР сильно залежить від довжини вуглеводневого радикала. За правилом Дюкло-Траубе у розведених водних розчинах здатність ПАР знижувати поверхневий натяг з переходом до кожного наступного члена гомологічного ряду збільшується приблизно в 3,2 рази, тобто поверхнева активність у гомологічному ряду збільшується в 3,2 рази при зростанні довжини неполярного радикалу на одну -СН2 групу.

 

  Рис. 7.1. Схема будови молекули ПАР Молекули ПАР мають дифільну структуру. Така молекула складається з полярної групи і неполярного вуглеводневого радикала. Полярна група має великий дипольний момент і добре гідратована в розчині, тобто має спорідненість до води. Друга частина молекули ПАР – це радикал, він неполярний гідрофобний, немає спорідненості до води і виштовхується з неї. Вуглеводневий радикал обумовлює низьку розчинність ПАР у воді.

Гідрофільними групами в молекулах ПАР можуть бути –СООН, –ОН, –СНО, – NH2, – NO2, –SH, –CN, –Cl та інші.

На межі поділу фаз рідина – газ (повітря) молекула ПАР орієнтується таким чином, що гідрофільна частина молекули, що має спорідненість до води, взаємодіє з водою, а неполярна гідрофобна частина виштовхується в неполярну фазу (повітря).

При підвищенні концентрації речовини в розчині (С) адсорбція збільшується спочатку різко, а потім все повільніше, асимптотично наближаючись до певної межі. Адсорбція збільшується зі збільшенням довжини ланцюга в гомологічному ряду, але для всіх членів ряду криві наближаються до одного і того ж граничного значення , що відповідає насиченому мономолекулярному адсорбційному шару (рис. 7.2, в)

Рис. 7.2 Будова адсорбційного шару на межі розділу рідина – газ

Гранична адсорбція ()– це кількість молів даної речовини, яку необхідно розмістити на одиниці поверхні, щоб утворився шар адсорбованої речовини товщиною в одну молекулу (мономолекулярний шар).

Визначивши граничну адсорбцію, можна розрахувати розміри молекул ПАР. Площу поперечного перерізу або площу, яку займає одна молекула в насиченому адсорбційному моношарі, q, визначають як:

, (7.10)

де NA – число Авогадро.

Цю величину ще називають “посадковою площею" молекули. Ця величина залежить від природи полярної групи і є однаковою для членів одного гомологічного ряду ПАР.

Товщина насиченого мономолекулярного адсорбційного шару дорівнює довжині δ неполярного радикала молекули ПАР. Маса 1м2 адсорбційного шару P=Vr, де V – об’єм адсорбційного шару, а r – густина речовини в конденсованому адсорбційному шарі, що практично дорівнює густині речовини в звичайних умовах. Об’єм 1м2 моношару дорівнює добутку його площі та висоти, тобто: V=1 δ м3. Отже, об’єм 1м2 моношару буде визначатися величиною висоти або довжини молекули δ, а маса 1м2 моношару P=V∙r=δ r. Одночасно маса 1м2 моношару може бути визначена через місткість моношару: Р=∙М, де М – молекулярна маса речовини. Отже, враховуючи, що Р=∙М= δ r, визначаємо довжину молекули ПАР, яка дорівнює товщині насиченого мономолекулярного адсорбційного шару:

, (7.11)

де – густина розчину; М – її молекулярна маса.

У гомологічному ряду жирних кислот площа, яку займають молекули різних кислот, виявилась майже однаковою для всіх кислот: q=20,5×10-20 м2.

Величину граничної (максимальної) адсорбції можна розрахувати з рівняння Ленгмюра:

, (7.12)

де Г – гіббсівська адсорбція; – гранична адсорбція; С – концентрація ПАР; A – константа.

Рівняння Ленгмюра дає можливість визначити граничну адсорбцію .

 
 

Рис. 7.3. Графічне визначення

Для цього необхідно експериментально встановити залежність адсорбції від концентрації . Тоді рівняння Ленгмюра (7.12) записують у вигляді: (7.13) Будують графічну залежність в лінійних координатах

(рис. 7.3.) і визначають Гяк котангенс кута нахилу a побудованої прямої до вісі абсцис ().

 

Завдання на виконання роботи

 

1. Визначити поверхневий натяг дистильованої води та водних розчинів з різною концентрацією ПАР, використовуючи сталагмометричний метод.

2. Провести дослідження залежності поверхневого натягу розчинів від концентрації ПАР, побудувати ізотерму поверхневого натягу в координатах (σ, Дж/м2 ) =f ( C, моль/л).

3. Розрахувати та побудувати за ізотермою поверхневого натягу ізотерму адсорбції Гіббса в координатах (Г, моль/м2 ) = f(C, моль/л ).

4. За методом графічного розв'язування рівняння Ленгмюра розрахувати значення граничної адсорбції Г, моль/м2 ПАР у моношарі на межі поділу розчин – повітря.

5. Розрахувати параметри молекул ПАР – довжину та "посадкову площу" однієї молекули ПАР у насиченому моношарі.

 

Прилади, лабораторний посуд та реактиви

 

Сталагмометр, шість конічних колб ємністю 50 мл, розчини органічних кислот та спиртів.

 

Порядок виконання лабораторної роботи

 

1. Сталу сталагмометра визначають за дистильованою водою, використовуючи рівняння .

2. Готують п’ять робочих розчинів послідовним розведенням удвічі 20 мл розчину ПАР з відомою вихідною концентрацією (табл. 7.1).

3. Вимірюють поверхневий натяг розчинів, починаючи з найбільш розведеного розчину і закінчуючи початковим (нерозведеним). Експериментальні дані за кількістю краплин рідини, що витікає з сталагмометра від позначки до позначки, записують у робочу табл. 7.2 у порядку збільшення концентрації ПАР у розчині, починаючи з даних для дистильованої води, поверхневий натяг якої повинен відповідати температурі досліду в лабораторії.

4. За даними робочої табл. 7.2 будують ізотерму поверхневого натягу (рис. 7.4)

Таблиця 7.1

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Фізична та колоїдна хімія

Національний Університет харчових технологій.. Фізична та колоїдна хімія..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Теоретичні відомості

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Теоретичні відомості
Термохімія є розділом термодинаміки, що вивчає теплові ефекти хімічних реакцій, фазових перетворень, процесів розчинення, адсорбції, змочування, набухання та ін. Теоретична основа термохім

Порядок виконання роботи
1. В склянку заливають 200 г води. 2. Розраховують кількість KNO3, що припадає на 200 г води, для одержання розчину концентрацією 0,2 - 0,3 Μ. 3. Для визначення ма

Порядок виконання роботи
1. Після визначення теплового ефекту розчинення солі KNO3 (сталої калориметра) калориметр звільняють від розчину, корки висушують, пробірки витирають тампоном з фільтрувального паперу.

Теоретичні відомості
Для аналізу поведінки систем, які складаються з декількох фаз застосовують фізико-хімічний метод, який ґрунтується на дослідженні зв’язків між складом системи (або іншими параметра

Порядок виконання роботи
1. Одержують у лаборанта штатив з набором запаяних пробірок, склад суміші яких наведений у таблиці, що додається до штативу. 2. Заповнюють водяну баню на 3/4 водопровідною водою.

Опрацювання результатів
  За допомогою правила важеля з діаграми можна визначити не лише число рівноважних фаз та їх склад, але й кількісні співвідношення між масами фаз: маси рівноважних фаз обернено пропор

Теоретичні відомості
Визначення молярної маси базується на властивості розчинів замерзати за температури, нижчої за температуру замерзання чистого розчинника. Залежність температури замерзання розчину від його концентр

Кріоскопічні сталі деяких розчинників
Розчинник Кк Розчинник Кк Вода Нітробензол Бензол 1,86 5,90 5,10

Визначення температури замерзання чистого розчинника
Найчастіше охолодження рідини до температури замерзання не спричинює утворення твердої фази (льоду). Рідина, що має температуру нижчу за температуру її замерзання, називається переохолодженою. Інод

Визначення температури замерзання розчину
При охолодженні розчину температура його знижується, він може охолодитись нижче температури замерзання – стати переохолодженим (рис. 3.3).

Порядок виконання роботи
1. В суху широкогорлу пробірку наливають таку кількість розчинника, щоб його рівень був вищий ртутної кульки термометра на 8–10 мм. Поміщений в пробірку з рідиною термометр Бекмана з мішалкою треба

Опрацювання результатів
1. Обчислюють зниження температури замерзання розчину за рівнянням 3.8. 2. При визначенні істинної молярної маси електролітів кріометричним методом, необхідно використовувати органічні роз

Питання для самоперевірки
1. Сформулюйте закон Рауля. Для яких розчинів справджується закон Рауля? 2. Властивості якого компоненту розчину (розчиненої речовини чи розчинника) визначають кріоскопічну сталу?

Теоретичні відомості
За електричною провідністю розрізняють провідники першого і другого роду. До перших належать всі метали та їх сплави, а до других – розчини і розплави електролітів. В розчинах електролітів електрич

Електрична провідність розчинів слабких електролітів
В розчинах слабких електролітів при значних розведеннях іони рухаються незалежно один від одного і їх електрична провідність при нескінченному розведенні підпорядковується правилу адитивності, тому

Електрична провідність розчинів сильних електролітів
Сильні електроліти внаслідок повної дисоціації не підлягають закону діючих мас. Еквівалентна електрична провідність сильних електролітів відрізняється від такої слабких електролітів не тільки значе

Методика виміру електричної провідності
Схему приладу для визначення опору провідника наведено на рис.4.3. Вона принципово не відрізняється від схеми моста для вимірювання опору провідників першого роду. Перша відмінність схеми полягає в

Порядок виконання роботи
1. Визначення сталої посудини проводять за допомогою 0,02 н розчину КСl, питомий опір якого відомий. В посудину, попередньо промиту цим же розчином наливають його стільки, щоб рівень рідини на 3–5

Опрацювання результатів
  1. Розраховують питому електропровідність розчинів слабких електролітів (4.14) 2. За формулами (4.4), (4.

Опрацювання результатів
  1. За формулами (4.14) та (4.4) обчислюють питому та еквівалентну електропровідність. 2. Одержані дані заносять до табл. 3. Таблиця 3

Оцінка похибки вимірювань
1. В загальну похибку входить відносна похибка вимірів електропровідності, яка дорівнює: , (4.15) де DR – абсолютн

Питання для самоперевірки
2. Охарактеризуйте типи провідників. 3. Чим відрізняються сильні електроліти від слабких? 4. Що називають питомою електричною провідністю розчину? Як змінюється її значення з конц

Теоретичні відомості
Електрохімія вивчає закономірності перетворення енергії хімічних реакцій в електричну при збереженні загального енергетичного балансу. Таке перетворення практично реалізується для електрохімічних с

Порядок виконання роботи
1. Складають гальванічний ланцюг, використовуючи два напівелементи з електродів першого роду, на прикладі елементу Даніеля-Якобі, підключають його до мультиметра і вимірюють ЕРС. 2. Запису

Теоретичні відомості
Хімічна кінетика вивчає швидкість проходження хімічних реакцій та залежність її від різноманітних чинників – концентрації реагуючих речовин, температури, впливу каталізаторів тощо.

Порядок виконання роботи
1. Приготувати у склянці об’ємом 50 мл 20 г розчину сахарози заданої концентрації. 2. До 20 мл розчину сахарози додати 20 мл 2 н розчину соляної кислоти. Попередньо ополіскуючи поляриметри

Порядок виконання роботи
1. У склянку налити 400 мл дистильованої води і поставити на столик магнітної мішалки. 2. Відрегулювати швидкість перемішування води у склянці (глибина повітряної воронки повинна не переве

Опрацювання результатів
Константу швидкості даної реакції розраховують за формулою: , (6.18)

Питання для самоперевірки
1. Дайте визначення швидкості хімічної реакції? 2. Сформулюйте закон дії мас. 3. Що таке кінетичне рівняння реакції в загальному вигляді? 4. У чому полягає фізичний зміст

Характеристики ПАР
Речовина Молекулярна маса М, а.од.м. Густина d1·10-6, г/м3 Вихідна концентра

Поверхневий натяг розчинів оцтової кислоти
№ п/п Концентрація ПАР С, моль/л Кількість краплин рідини n, шт. Поверхневий натяг σ·103, Дж/м2

Теоретичні відомості
Адсорбція – це процес накопичення молекул розчиненої речовини або газу на поверхні поділу фаз. Він супроводжується енергетичною зміною системи – виділенням або поглинанн

Порядок виконання роботи
1. Для виконання роботи готується розчин будь-якої органічної кислоти п¢яти різних концентрацій послідовним розведенням вдвічі. Початкові концентрації для кислот: оцтової – 0,2 – 0,4 Н, маслян

Результати розрахунку адсорбції на межі поділу тверде тіло – рідина
Номери колб Концентрація розчину, моль/л Адсорбція Г, моль/г Відношення Со/Г, г/л  

Теоретичні відомості
  Колоїдними розчинами, або ліозолями, називають дисперсні системи, що складаються з дисперсної фази з частинками розміром 10-7 – 10-9м і рідкого дисперсі

Будова колоїдної частинки
Колоїдні розчини або ліозолі складаються з міцел (твердої дисперсної фази, навколо якої існує ПЕШ) та безперервного дисперсійного середовища, у якому містяться міцели, що рухаються внаслідок

Одержання гідрозолю гідроксиду заліза гідролізом хлорного заліза за Крекке
В конічній пробірці нагрійте до кипіння 85 мл дистильованої води. Відміряйте піпеткою 15 мл 2%-го розчину хлорид заліза і невеликими порціями вилийте в кип’ячу воду. Кип’ятіння продовжуйте ще 2-3 х

Теоретичні відомості
  На властивості колоїдних розчинів суттєво впливають потенціали, які класифікуються на міжфазний φ-потенціал та електрокінетичний ζ–потенціал. Міжфазний φ-потенціал зм

Порядок виконання роботи
  1. Заповнити прилад Бертона (див. рис. 10.1): a) в U-подібну трубку залити бокову рідину приблизно на половину об’єму приладу; b) відкривши кран, при

Опрацювання результатів
  Електрокінетичний, або ζ-потенціал розраховують за рівнянням (10.1), використовуючи рівняння (10.2) і (10.3) для визначення електрофоретичної рухливості. У загальну по

Теоретичні відомості
  Під стійкістю дисперсних систем розуміють сталість у часі її стану та основних властивостей: дисперсності, рівномірного розподілення частинок дисперсної фази у об’ємі дисперсійного

Результати дослідження коагуляції золю гідроксиду заліза
Електроліт Концент-рація С, моль/л Серія розведення перша друга KCl   K

Оцінка похибки вимірювань
Загальна похибка проведення експерименту   . При розведенні електролітів використовують градуйовану піпетку

Теоретичні відомості
  Високомолекулярні сполуки (ВМС) отримали свою назву завдяки великій величині їхньої молекулярної маси, яка відрізняє їх від низькомолекулярних сполук (НМС). До високомолекуля

Ваговим методом
  Загальний час від початку набухання t, хв. Маса платівки до часу t, mt, мг Ступінь набухання

В розчинах з різним значенням рН ваговим методом
Загальний час від початку набухання t, хв. Маса платівки до часу t, mt, мг Ступінь набухання

Залежність граничного набухання желатину від рН розчину
  №     Дані Концентрація соляної кислоти (нормальність) Буферні суміші 10-1

Залежність граничного ступеня набухання желатину від рН розчину
  №     Дані Концентрація соляної кислоти (нормальність) Буферні суміші 10-1

Теоретичні відомості
  Зв`язаною вважається вода, розташована на межі поділу фаз і приєднана до макромолекул ВМС за механізмом водневого зв’язку. Гідрофільними називають ВМС, що утворюють водневий

Оцінка похибки вимірювань
Загальна похибка визначення гідрофільності складатиметься з похибок: вимірювання концентрації розчину цукрози рефрактометром ± 0,2 %×2 = 0,4 %; вагових вимірів техн

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги