МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ „ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
КАФЕДРА ФІЗИЧНОЇ ТА КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ
ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4А
З курсу „Основи природознавства”
ВИЗНАЧЕННЯ ПОВЕРХНЕВОЇ АКТИВНОСТІ
ПОВЕРХНЕВО-АКТИВНИХ РЕЧОВИН.
Львів – 2006
Мета роботи: на основі залежності поверхневого натягу від концентрації водних розчинів поверхнево-активних речовин визначити їх поверхневу активність.
Теоретична частина
В гетерогенних, або багатофазних, системах на границі між двома фазами (рідкою і газоподібною) виникає перехідний (поверхневий) шар, стан речовини в якому є особливим. Молекули поверхневого шару перебувають під дією внутрішнього тиску – сили, напрямленої перпендикулярно до поверхні рідини, в середину рідкої фази. Внутрішній тиск намагається зменшити площу міжфазної поверхні.
Молекули поверхневого шару мають надлишковий запас потенціальної енергії, яку називають поверхневою енергією Гіббса G.
Поверхнева енергія, віднесена до одиниці площі міжфазної поверхні, отримала назву поверхневого натягу:
σ = G/S
де S – площа міжфазної поверхні, м2 ;
σ – поверхневий натяг, вимірюється в Дж/м2 або в Н/м, (Дж= Н•м).
Існує енергетичне та силове визначення поверхневого натягу:
σ (Дж/м2) – це робота, яка виконується системою при оборотному ізотермічному процесі по створенню одиниці площі міжфазної поверхні;
σ (Н/м) – це сила, віднесена до одиниці довжини контура поверхні, направлена паралельно до міжфазної поверхні, яка намагається зменшити площу розділу фаз.
Поверхневий натяг зумовлений дією сил міжмолекулярних зв’язків. Чим сильніші міжмолекулярні зв’язки, тим більший є поверхневий натяг. З появою водневих зв’язків і з збільшенням полярності молекул поверхневий натяг зростає.
Для визначення поверхневого натягу на границі рідина – газ застосовують різні методи вимірювання: метод відриву кільця, капілярного підняття, максимального тиску бульбашки (метод Ребіндера), рахунку або зважування крапель (сталагмометричний метод).
В ізобарно-ізотермічних умов самовільно відбуваються процеси, в яких поверхнева енергія зменшується (dG < 0). За умови, що S=const
dG= Sdσ
поверхнева енергія може зменшуватись за рахунок зменшення поверхневого натягу.
Одним з процесів, що приводять до зменшення поверхневого натягу, є адсорбація.
Адсорбція – самовільний процес зміни концентрації речовини на межі поділу фаз.
Всі речовини за їх впливом на поверхневий натяг можна розділити на поверхнево-інактивні (ПІР) та поверхнево-активні (ПАР).
Речовини, які підвищують поверхневий натяг, називають поверхнево-інактивними. У гетерогенній системі водний розчин – повітря поверхнево-інактивними є всі неорганічні електроліти (кислоти, луги, солі) та сильно полярні органічні речовини, такі як гліцерин, глюкоза, сахароза.
Речовини, які здатні адсорбуватись на поверхні поділу фаз та зменшувати поверхневий натяг, називаються поверхнево-активними. Прикладом ПАР для водних розчинів є жирні кислоти та їх солі – мила, сульфокислоти, амінокислоти, спирти.
За своєю природою молекули ПАР є дифільними, тобто містять одночасно полярну групу (-OH, -COOH, -SO3H, -NH2 тощо) і неполярний вуглеводний радикал. Полярна група є гідрофільною – водорозчинною, а вуглеводний радикал є гідрофобним – водонерозчинним. Потрапляючи у воду, дифільні молекули ПАР концентруються на поверхні, орієнтуючись полярними групами до води, а неполярними радикалами – до повітря. При низьких концентраціях поверхнево-активної речовини вуглеводний радикал молекули ПАР „лежить” на поверхні води. При високих концентраціях ПАР на міжфазній поверхні утворюється насичений адсорбційний шар, в якому молекули ПАР орієнтуються паралельно одна одній і перпендикулярно до поверхні води.
Рис. 1. Схема будови дифільної молекули ПАР (кільце показує полярну групу, а рисочка – неполярний радикал).
Повітря Повітря
Водний розчин ...
