2. Адсорбция и ее виды

Если площадь межфазной поверхности остается постоянной или увели­чивается, например, при диспергировании, то снижение dG^s может осущест­вляться только за счет уменьшения поверхностного натяжения, которое можно осуществить в поверхностном явлении, которое называется адсорб­цией.

Площадь поверхности в дисперсных системах мо­жет уменьшаться за счет соединений мелких частиц в более крупные агрегаты, если частицы твердые, или слияния мелких капель жидкости. Капли жидко­сти, например, в эмульсиях или аэрозолях, принима­ют форму шара, который имеет наименьшую поверх­ность при данном объеме. Однако во многих случа­ях и площадь поверхности твердого тела, и поверх­ность жидкости сократиться не могут. В этом случае уменьшение поверхностной энергии может произойти в результате снижения поверхностного натяжения при концентрировании на поверхности раздела фаз молекул газа или растворенного вещества.

Увеличение концентрации вещества на границе раздела фаз называется адсорбцией. Если погло­щаемое вещество диффундирует в объем поглотите­ля и распределяется по объему, то это явление на­зывается абсорбцией. Для индивидуального вещества перераспределение вещества между поверхностным слоем и объемной фазой сопровождается изменением структуры поверхностного слоя. Это явление принято называть автоадсорбией. В тех случаях, когда одновременно идет и адсорбция, и абсорбция, применяют общин термин — сорбция, т. е. поглощение твердым телом или жидкостью вещества из окружающей среды.

То вещество (обычно твердое), на поверхности которого идет адсорбция, принято называть адсор­бентом, а вещество, которое адсорбируется, — адсорбтивом.

Количественной характеристикой адсорбции слу­жит величина адсорбции (Г). Ее обычно выражают ко­личеством х адсорбированного вещества, приходя­щимся на единицу площади S поверхности адсорбента или на единицу массы адсорбента m (если по­верхность адсорбента измерить невозможно, как, на­пример, у твердого пористого тела):

Г = x/S [моль/м²]; Г = х/т [моль/кг]. (2.1)

Адсорбция может протекать на поверхности раз­дела следующих фаз: газ — раствор, жидкость — раствор, газ — твердое тело, раствор — твердое тело.

АДСОРБЦИИ НА ГРАНИЦЕ РАСТВОР — ГАЗ

Растворенные вещества в зависимости от их приро­ды могут концентрироваться на поверхности раство­ра (адсорбироваться) или переходить в объем раст­вора. Это приводит к изменению свойств поверхнос­ти, в частности поверхностного натяжения.

Поверхностное натяжение раствора (σ) почти всег­да отличается от поверхностного натяжения чистого растворителя (σ₀). Следует различать три возможных варианта влияния растворенного вещества на по­верхностное натяжение растворителя:

1) растворен­ное вещество понижает поверхностное натяжение (σ<σ₀);

2) растворенное вещество повышает поверх­ностное натяжение (σ>σ₀);

3) растворенное вещест­во не изменяет поверхностного натяжения растворителя (σ = σ₀).

В

Рис. 1 Зависимость поверхностного натяжения раствора от его концентрации:

1 – для ПАВ;

2 – для вещества не изменяющего поверхностного натяжения;

3 – для ПИАВ.

ещества, которые уменьшают поверхностное на­тяжение растворителя, называются поверхностно-ак­тивными веществами (ПАВ). Вещества, увеличива­ющие поверхностное натяжение или его не изменяющие, называются поверхностно-неактивными или поверхностно-инактивными. Деление растворенных веществ на поверхностно-активные и поверхностно-неактивные условно. Так, поверхностное натяжение воды уменьшится, если в ней растворить уксусную кислоту, т. е. уксусная кислота по отношению к воде является поверхностно-активным веществом. Эта же кислота при растворении ее в этилацетате несколько увеличивает поверхностное натяжение, т. е. по отно­шению к этилацетату уксусная кислота ведет себя как поверхностно-неактивное вещество. Добавление воды к уксусной кислоте также повышает поверх­ностное натяжение. Следовательно, вода по отноше­нию к уксусной кислоте — поверхностно-неактивное вещество. Возможные типы зависимости п оверхност­ного натяжения раствора от его концентрации пока­заны на рис. 2.

Поверхностно-активными веществами относитель­но воды являются многие органические соедине­ния — жирные кислоты, их соли, спирты, амины.

Характерной особенностью строения молекул ПАВ является их дифильность.

Дифильные (обычно органические) молекулы со­стоят из двух частей: полярной группы и неполярно­го углеводородного радикала. Например, молекула уксусной кислоты имеет полярную группу — СООН и неполярный углеводородный радикал — СН₃. К по­лярным группам, кроме — СООН, относятся группы —ОН, — NH₂, —SH, — CN, —N0₂, — СНО, —SO₂OH. Эти группы хорошо гидратируются, т. е. являются гидрофильными. В отличие от них углеводородные радикалы гидрофобны и сольватируются молекула­ми неполярных жидкостей. Схематически дифильные молекулы изображают в виде символа —О, в кото­ром прямой чертой обозначен углеводородный (не­полярный) радикал, а кружком — полярная группа.

Относительно воды поверхностно-неактивными ве­ществами являются все неорганические электроли­ты — соли, кислоты, щелочи. Примером органическо­го вещества, практически не изменяющего поверх­ностного натяжения воды, может служить сахароза.

Поверхностное натяжение раствора — не адди­тивная величина и зависимость σ от концентрации с на диаграмме состав — свойство (рис. 3), выражается не прямой, а вогнутой кривой. Характерно резкое снижение поверхностного натяжения Δσ₁ при добавлении к воде небольшого количества ПАВ (в данном случае уксусной кислоты) и очень незначитель­ное повышение поверхностного натяжения Δσ₂ при добавлении воды к уксусной кислоте.

Резкое понижение поверхностного натяжения при незначительном увеличении концентрации ПАВ (в рассматриваемом примере при введении в воду уксусной кислоты) может быть объяснено только тем, что концентрация молекул ПАВ в поверхност­ном слое раствора значительно выше, чем концент­рация в объеме, т. е. адсорбцией растворенного веще­ства на границе раздела раствор — газ. Между мо­лекулами растворенного вещества, находящимися на поверхности, и его молекулами в объеме раствора, устанавливается динамическое равновесие. С ростом концентрации ПАВ в растворе увеличивается и со­держание его на поверхности, т. е. увеличивается ад­сорбция.

Незначительное повышение поверхностного натя­жения уксусной кислоты Δσ₂ при добавлении к ней воды объясняется тем, что молекулы поверхностно-неактивного вещества (воды), увеличивающие по­верхностное натяжение, а, следовательно, и поверхностную энергию, переходят с поверхностного слоя в объем раствора. Концентрация их в поверхностном слое гораздо меньше, чем концентрация в объеме, т. е. в данном случае имеет место отрицательная ад­сорбция. Такая система также находится в динами­ческом равновесии и молекулы поверхностно-неак­тивного вещества, хотя бы в небольшой степени, в результате теплового движения попадают на поверх­ность.

В еличина адсорбции Г на границе раствор — газ определяется не как количество адсорбированного вещества на единице площади поверхности, а как избыток вещества в поверхностном слое, по сравне­нию с количеством вещества в таком же по толщине слое объемной фазы. Между избытком адсорбиро­ванного вещества в поверхностном слое Г и концент­рацией его в растворе с существует математическая зависимость, установленная Гиббсом и известная как уравнение адсорбции Гиббса:

(2.2)

Приведем упрощенный вывод уравнения Гиббса, данный Оствальдом.

Представим себе раствор поверхностно-активного вещества с поверхностью ω и поверхностным натяжением σ. Пусть поверх­ностный слой этого раствора содержит избыток в 1 моль раство­ренного вещества. Очевидно, в этом случае можно написать:

Г=1/ω (2.3)

Допустим, что в объеме поверхностно-активного раствора со­держится тоже 1 моль поверхностно-активного вещества. Перене­сем мысленно весьма малое количество поверхностно-активного вещества из объема в поверхностный слой. При этом поверхностное натяжение изменится на величину dσ.

Так как система вначале находилась в равновесии, то перенос вещества из объема в поверхностный слой потребует затраты не­которой работы на преодоление осмотического давления Vdπ. (где V — объем раствора; dπ — разность осмотических давлений до и после переноса).

Поскольку изменение поверхностной энергии должно быть равно значению затраченной осмотической работы с обратным зна­ком, можно написать:

ωdσ=-Vdπ

Но так как V = RT/π и поскольку для достаточно разбавленных, растворов π пропорционально концентрации с, последнее уравне­ние можно представить следующим образом:

Подставляя в это уравнение значение ω, найденное из уравне­ния (2.3), и решая его относительно Г, получим уравнение Гиббса.

В случае, когда имеют дело с достаточно концентрированными растворами, концентрацию с в уравнении Гиббса следует заменить на активность вещества а.

Приведем еще один более строгий вывод уравнения Гиббса, основанный на применении химического потенциала.

Как известно из термодинамики, для системы, состоящей из двух компонен­тов, связь между изобарно-изотермическим потенциалом G и химическими по­тенциалами μ₁ и μ₂ обоих компонентов выражается уравнением:

G= μ₁n₁+μ₂n₂

где n₁ и п₂ — число молей первого и второго компонентов, например раствори­теля и растворенного вещества.

Это уравнение не учитывает возможности изменения поверхности системы. Для реального раствора, обладающего поверхностью, в уравнение следует ввести член σs (где σ — поверхностное натяжение, a s — площадь поверхности). Тогда приведенное выше уравнение можно написать следующим образом:

G= σs+μ₁n₁+μ₂n₂

После дифференцирования имеем:

dG= σds+sdσ+μ₁dn₁+n₁dμ₁+μ₂dn₂+ n₂dμ₂ (2.4)

С другой стороны, из термодинамики известно, что

dG=-SdT+Vdp+μ₁dn₁+μ₂dn₂

где S-энтропия; V-объем; p-давление.

Это уравнение также не учитывает возможности изменения поверхности. При введении соответствующей поправки оно принимает вид:

dG=-SdT+Vdp+ σs +μ₁dn₁+μ₂dn₂ (2.5)

Приравнивая правые части равенств(2.4) и (2.5), получаем:

SdT-Vdp+sdσ+n₁dμ₁+n₂dμ₂=0

При постоянной температуре и давлении это уравнение упрощается:

sdσ+n₁dμ₁+n₂dμ₂=0 (2.6)

Рассматриваемый раствор можно представить состоящим из двух частей — части, испытывающей действие поверхностных сил (поверхностная фаза), и ча­сти, не находящейся под действием этих сил (объемная фаза). Обозначим через и число молей первого и второго компонентов в объемной фазе, a n₁ и n₂ — число молей тех же компонентов в поверхностной фазе.

Очевидно, для поверхностной фазы пригодно уравнение (2.6). Для объемной же фазы аналогичным уравнением будет:

(2.7)

Решим уравнение (2.7) относительно dμ₁:

Подставив найденное значение dμ₁ в уравнение (2.6), получим

или

(2.8)

где n₂-число молей растворенного вещества, связанное с n₁ молями растворителя в поверхностной фазе; -число молей растворенного вещества, связанное с n₁ молями растворителя в объемной фазе.

Правая часть уравнения (2.8) представляет собой избыток количества растворенного вещества на единице поверхности, т.е. величину адсорбции Г. Тогда уравнение (2.8) примет вид:

(2.9)

Т ак как для разбавленных растворов , то при постоянной температуре . Подставляя это значение dμ₂ в уравнение (2.9), получаем уравнение Гиббса:

Входящее в это уравнение отношение dσ/dc на­зывается поверхностной активностью. Поверхностной активностью g_i называют отрицательную производную поверхностного натяжения по концентрации вещества в области, когда c_i→0. Для поверхностно-активных веществ dσ/dc<0, поэтому Г>0. Для поверхностно-неактивных веществ dσ/dс>0 и Г<0, т, е. адсорбция отрицательная. Если поверх­ностное натяжение не изменяется при изменении кон­центрации растворенного вещества, то dσ/dс=0 и Г = 0.

Для того чтобы рассчитать Г по уравнению (2.2), надо знать производную поверхностного натяжения от концентрации растворенного вещества. Из математики известно, что производная - это тангенс угла наклона касательной, проведенной к данной точке. Например, имея экс­периментальную зависимость σ водного раствора от концентрации ПАВ в растворе, можно определить значение адсорбции ПАВ. Так, находим адсорб­цию ПАВ в точке «m» при концентрации с_(m) следующим образом, рис.3:

З

Рис. 4. Определение адсорбции ПАВ методом графического дифференцирования изотермы поверхностного натяжения.

ависимость адсорбции ПАВ от его концентрации в растворе называют изотермой адсорбции. Она имеет характерный вид монотонно возрастающей кривой, переходящей в плато, которое соответствует адсорбционному насыщению и называется предельной а

Рис. 5. Изотерма адсорбции ПАВ в водном растворе

дсорбцией (Г_∞ ), рис. 5.

Кривая описывается уравнением:

(2.10)

где Г – адсорбция при концентрации с, моль/м²; Г_∞ - предельная адсорбция, моль/м²; С – концентрация ПАВ, моль/м³; A-эмпирическая константа.

Диаграмму на рис. 4 можно разделить на 3 участка:

1. в области низких концентраций ПАВ, где кривая резко возрастает: С<<1

Г=Г_∞AC.

2. промежуточная область концентраций. Здесь уравнение (2.10) выполняется в общем виде.

3. в области высоких концентраций, где С>>1

Г=Г_∞.

Для нахождения идеальной адсорбции уравнение изотермы адсорбции приводят к линейному виду. Для этого уравнение (2.10) делят на левую и правую части:

(2.11)

Как следует из выражения (2.11), в координатах с/Г=f(c) выполняется уравнение прямой линии, угловой коэффициент которой позволяет определить предельную адсорбцию, рис. 6:

Рис. 6. Определение предельной адсорбции на основе линеаризованного уравнения изотермы адсорбции (2.11).

или ctgβ=Г_∞.

Предельная адсорбция с удовлетворительной точностью может быть определена также с использованием эмпирического уравнения Шишковского:

σ=σ₀-bln(1+Ac), (2.12)

где σ – поверхностное натяжение бинарного раствора ПАВ при температуре Т, Дж/м²; σ₀ – поверхностное натяжение воды при температуре Т, Дж/м²; А и b – эмпирические константы.

[В учебнике С.С.Воюцкий Курс Коллоидной химии, М. издательство «Химия», 1976 с.124-125] Уравнение Шишковского имеет следующий вид:

Как было показано Ленгмюром в 1917 г., пользуясь уравнением Шишковского, можно перейти от уравнения Гиббса к уравнению Ленгмюра. В самом деле, уравнение Шишковского можно записать так:

Дифференцируя это уравнение, получаем:

или .

Подставим уравнение Шишковского в дифференцированном виде в уравнение Гиббса (2.2):

Обозначая bσ₀/RT через α_макс, 1/А через k и учитывая, что при малых концентрациях Г практически равно α, имеем

α= α_максkc/(1+kc)

Поскольку величина адсорбции a пропорциональна α, можно также записать:

а= а_максkc/(1+kc)

Таким образом, мы пришли к уравнению Ленгмюра. При этом существенно, что константа 1/А, входящая в уравнение Шишковского и служащая мерой капиллярной активности вещества, оказалась равной k в уравнении Ленгмюра. Следовательно, уравнение Шишковского является переходным мостом, который соединяет уравнение Гиббса, выведенное из чисто термодинамических представлений, и уравнение Ленгмюра, выведенное на основе молекулярно-кинетических положений.

(Далее используется уравнение Шишковского в виде (2.12), то есть когда эмпирическую константу 1/А (по учебнику С.С. Воюцкому), записываем как А).

Физический смысл константы b определяется исходя из анализа уравнений Шишковского (2.12) и Гиббса (2.2) в области адсорбционного насыщения, когда Ас>>1. Тогда уравнение (2.12) примет вид:

σ=σ₀-blnAc, или

σ=σ₀-blnA – blnc. (2.13)

Дифференцируя уравнение (2.13) по концентрации и учитывая, что получаем соотношение

, откуда

(2.14)

У равнение Гиббса (2.2) для состояния адсорбционного насыщения можно записать следующим образом:

или (2.15)

Сравнивая соотношения (2.14) и (2.15), имеем выражение, из которого очевидно, что эмпирическая константа b определяется величиной предельной адсорбции:

(2.16)

Проанализируем уравнение Шишковского (2.12) в области низких значений концентрации ПАВ. Когда с→0, при представлении ln(1+Ac) в виде ряда Тейлора можно ограничиться только первым слагаемым ряда:

Тогда σ=σ₀-bAc. (2.17)

Дифференцируя уравнение (2.17) по концентрации, когда с→0, имеем

(2.18)

Левая часть соотношения (2.18) есть не что иное, как поверхностная активность g ПАВ. Таким образом, произведение эмпирических констант А и b уравнения Шишковского позволяет косвенно оценить поверхностную активность ПАВ.

Рис. 7. Схема адсорбции по­верхностно-активного вещества на границе водный раствор — воздух.

Экспериментально найденная величина Г_∞ дает возможность рассчитать площадь, занимаемую полярной частью молекулы ПАВ (s₀). Поскольку Г_∞ выражает число молей, адсорбированных на единице площади межфазной поверхности при адсорбционном насыщении, то произведение Г_∞N_А показывает число молекул, адсорбированных на поверхности в 1 м². Тогда площадь, занимаемую одной молекулой s₀, можно вычислить по уравнению

(2.19)

где N_A – число Авогадро (6,023∙10²³).

Толщину поверхностного монослоя δ можно определить исходя из количества вещества, адсорбированного на 1 м² поверхности. С одной стороны, это количество можно выразить как произведение числа молей ПАВ, адсорбированных на единице площади поверхности, выражаемое через значение Г_∞ на массу одного моля М, а с другой стороны, - как произведение объема слоя площадью 1 м² и высотой δ на плотность ρ ПАВ. Тогда

δρ=Г_∞М.

Откуда (2.20)

Многочисленные эксперименты показали, что поперечный размер s₀ молекул жирных кислот равен в среднем 20∙10^-20 м², а предельных спиртов - 25∙10^-20 м². Толщина монослоя, как правило, совпадает с длиной адсорбированной молекулы, имеет порядок 10^-10 м от числа фрагментов –СН₂- в углеводородном радикале R.

Поверхностная активность дифильных молекул ПАВ зависит от размера углеводородного радикала. Чем длиннее неполярная уг­леводородная цепь, тем больше молекул ПАВ из объема раствора переходит поверхность и тем значительнее снижается поверхностное натяжение (рис. 8).

Рис. 8. Влияние длины углеводо­родного радикала на поверхностное натяжение растворов одного гомологического ряда:

1 — уксусная; 2 – пропионовая;

3- масляная.

Дюкло, а затем Траубе, изучая поверхностное натяжение водных растворов гомо­логического ряда предельных жирных кислот, нашли, что поверх­ностная активность этих веществ на границе раствор — воздух тем выше, чем больше длина углеводородного радикала, причем в среднем она увеличивается в 3,2 раза на каждую группу -СН₂-.

Мономолекулярные слои. [В.Н.Захарченко Коллоидная химия, М.: «Высшая школа», 1989] Выше указывалось, что расте­кание приводит к образованию очень тонких слоев масла на поверхности воды. Это явление было известно давно, им интересовался еще Б. Франклин в XVIII в. А. Покельс (1890) предложила метод исследования слоев на поверх­ности воды, который можно считать двумерной аналогией поршня. Покельс наносила на поверхность воды каплю масла и образующий слой сжимала парафинированным бумажным барьером, передвигаемым по водной поверхности. Позднее Рэлей показал, что толщина слоя масла достигает величины, соответствующей размерам отдельных молекул. Слои, толщина которых не превышает размеров отдельных молекул, получили название мономолекулярных слоев или монослоев.

Приборы, в которых поверхностное давление оцени­вается прямым измерением поверхностного натяжения моно­слоя в зависимости от его площади, называются вертикаль­ными поверхностными весами (весы Ленгмюра имеют еще одно название — горизонтальные пленочные весы). По­верхностное натяжение в вертикальных поверхностных весах оценивают по силе втягивания в жидкость верти­кально подвешенной стеклянной или платиновой пластины (метод Вильгельми). Их преимуществом является большая простота, а недостатком — меньшая чувствительность по сравнению с горизонтальными весами.

При значительных расстояниях между молекулами, чему соответствует большая площадь монослоя, приходя­щаяся на одну молекулу, можно воспользоваться следующим уравнением состояния монослоя (рис. 10, кривая 6):

ПО= nRT, (2.21)

где О – площадь монослоя, на которую нанесено n молей вещества; R-универсальная газовая постоянная; Т – температура.

Зависимость поверхностного давления от площади мо­нослоя показана на рис. 10 [Н. К. Адам. Физика и химия поверхностей. М,— Л.: ГТТЛ, 1948.]

Рис. 10 Зависимость поверхностного давления от площади, приходящейся на одну молекулу в монослое:

1 – пальмитиновая кислота, 12°С;

2 – пентадециловая кислота, 14,5°С;

3 – миристиновая кислота, 14,5°С;

4 – тридециловая кислота, 14,5°С;

5 – лауриновая кислота, 14-16, °С;

6 – кривая ПО-О (уравнение 2.21)

Уравнение (2.21) называют уравнением состояния по­верхностного газа (по аналогии с уравнением состояния идеального газа).

Уменьшение площа­ди, занимаемой 1 моль вещества в монослое, приводит к отклонениям от состояния идеального двумерного газа. При высоком поверхностном давлении монослой на­поминает реальный объ­емный газ, подчиняю­щийся уравнению Ван-дер-Ваальса. Дальней­шее повышение давления вызывает конденсацию двумерного газа. Кон­денсация протекает при постоянном поверхност­ном давлении. Поверх­ностное давление дву­мерного насыщенного пара увеличивается с повышением температуры и уменьшается с ростом углеводородной цепи молекул.

Конденсация двумерного газа приводит к образованию твердообразных и жидкообразных монослоев. Такие назва­ния даются по аналогии с твердым и жидким агрегатным состоянием веществ. Двумерные жидкости отличаются ма­лой сжимаемостью, а твердообразные монослои имеют мо­дуль упругости.

При конденсации монослоев может наблюдаться состоя­ние, не имеющее аналогии у трехмерных систем. Это состоя­ние называется жидкорасширенным. Для жидкорасширенного состояния Ленгмюр предложил уравнение

(П-П₀)(О-О₀) = RT,

где П₀ и О₀ — константы.

Проведя серию тщательно выполненных эксперимен­тов, Харкинс установил, что ни O₀, ни П₀ нельзя считать постоянными.

Было предложено несколько гипотез для объяснения жидкорасширенного состояния. Вероятно, его можно пред­ставить следующим образом. При сжатии монослоя проис­ходит не только сближение молекул, но и изменение их положения на поверхности. На рис. 7,а схематически по­казано, что низкому поверхностному давлению отвечает расположение молекул плашмя. При сближении молекул образуются островки конденсации (рис. 7, б), причем не­которые мономолекулы по-прежнему будут располагаться плашмя. Дальнейшее повышение давления вызовет подня­тие углеводородных ча­стей («хвостов») моле­кул. Именно этим и объ­ясняется жидкорасширенное состояние. При более высоком давлении упо­рядочивается расположе­ние молекул в монослое (рис. 7, в).

МЕТОД НАИБОЛЬШЕГО ДАВЛЕНИЯ ПУЗЫРЬКА ГАЗА.

Этот метод относится к полустатическим, когда определение поверхностного натяжения основано не на достижении системой равновесного состояния, а наоборот определение поверхностного натяжения базируется на изучении условий, при которых система теряет свое равновесие.

Но так как приближение к границе устойчивости можно производить очень медленно, то полустатические методы позволяют получать значения поверхностного натяжения близкие к равновесным.

В методе наибольшего давления под действием приложеного извне избыточного ΔР через капилляр в объем жидкости продавливается пузырек воздуха. По мере роста пузырька радиус кривизны его поверхности r уменьшается и достигает минимального значения, равного радиусу капилляра r_o, когда поверхность пузырька радиус кривизны его поверхности возрастает (r > r_o). Следовательно, капиллярное давление, определяемое по формуле

ΔP=2σ/r

при r = r_o достигает своего максимального значения. Соответственно при ΔP<2σ/r_о система устойчива; при ΔP>2σ/r_о капиллярное давление не может уравновесить приложенного внешнего давления. Пузырек теряет свою устойчивость и, быстро увеличиваясь, отрывается от поверхности. При этом обычно происходит заметный спад разности давлений в капилляре и внешней жидкости, что позволяет четко фиксировать максимальное значение перепада давления, отвечающего условию

ΔP_max=2σ/r_o

Э

Рис. 11. Изменение радиуса кривизны поверхности пузырька при измерении поверхностного натяжения по методу максимального давления.

то значение используется для определения величины σ.

Рассматриваемый метод позволяет осуществлять относительные измерения, используя жидкости с известным значением σ, например, воду. Тогда

ΔP_max(Н2О) / ΔP_max= σ_(Н2О)/ σ

Откуда

σ = ΔP_max σ_(Н2О)/ ΔP_max(Н2О) (2.22)

Поверхностное натяжение воды берется при температуре поведения эксперимента, табл .1.

Таблица 1

Поверхностное натяжение воды при различных температурах

t, oC	σ.103,Дж/м2	t, oC	σ.103,Дж/м2
17	73,19	22	72,44
18	73,05	23	72,28
19	72,90	24	72,13
20	72,75	25	71,97
21	72,59	26	71,82

СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗУЧАЕМЫХ ОБЪЕКТАХ

Бутиловый спирт (н-бутанол) C₄H₉OH — представитель одноатомных спиртов. Известны нормальный первичный бутиловый спирт СН₃(СН₂)₃ОН и его изомеры: нормальный вторичный бутиловый спирт СН₃СН₂СН(ОН)СН₃, изобутиловый спирт (СН₃)₂СНСН₂ОН, третбутиловый спирт (триметилкарбинол) (СН₃)₃СОН.

Применение. Бутанол применяют:

• как растворитель в лакокрасочной промышленности, в производстве смол и пластификаторов

• модификаторы мочевино- и меламино-формальдегидных смол;

• для получения пластификаторов: дибутилфталата, трибутилфосфата;

• для получения бутилацетата и бутилакрилата и эфиров с гликолями;

• в синтезе многих органических соединений.;

Применение в качестве автомобильного топлива

Может, но не обязательно должен, смешиваться с традиционными топливами. Энергия бутанола близка к энергии бензина. Бутанол может использоваться в топливных элементах, как сырьё для производства водорода.

В 2007 году в Великобритании начались продажи биобутанола в качестве добавки к бензину.

Действие на организм

Токсичность бутанола относительно невелика (LD50 составляет 2290–4360 мг/кг), но наивысшая среди младших спиртов. При употреблении внутрь возникает эффект, сходный с эффектом от употребления этанола. Бутанол содержится в небольших количествах в различных алкогольных напитках. Иногда бутанол, полученный из технических жидкостей, используется в качестве суррогатного алкогольного напитка.

Концентрация в 0.01% в воздухе никак не влияет на организм, в то время как 0.02% вызывает воспаление роговой оболочки глаза.

Технические характеристики

Бесцветная жидкость. Брутто-формула (система Хилла): C₄H₁₀O

Формула в виде текста: CH3CH2CH(CH3)OH

Молекулярная масса (в а.е.м.): 74,12

Температура плавления (в °C): -114,7

Температура кипения (в °C): 99,5

Растворимость (в г/100 г или характеристика):

ацетон: хорошо растворим  бензол: растворим  вода: растворим 12,5 диэтиловый эфир: смешивается  этанол: смешивается 

Плотность: 0,8063 (20°C, г/см³)