Вопросы и задачи к лабораторным работам № 37, 42.

1. Что такое поверхностное натяжение и в каких единицах оно измеряется?

2. Как зависит поверхностное натяжение от природы вещества, образующего поверхность (межмолекулярного взаимодействия)?

3. Какие методы используются для определения поверхностного натяжения жидкостей и твердых тел?

4. На чем основано измерение поверхностного натяжения жидкостей методом капиллярного поднятия?

5. На чем основано измерение поверхностного натяжения жидкостей методом наибольшего давления пузырька воздуха? Положительным или отрицательным будет избыточное давление в жидкости на границе с воздушным пузырьком?

6. На чем основано определение поверхностного натяжения методом отрыва кольца и сталагмометрическим методом?

7. По какому уравнению можно рассчитать полную поверхностную энергию? Какие данные необходимы для такого расчета?

8. Что называется адсорбцией и как количественно ее характеризуют?

9. Напишите фундаментальное адсорбционное уравнение Гиббса и дайте определение избыточной адсорбции.

10. Каково соотношение между избыточной Г и абсолютной адсорбциями А? В каких случаях можно принять А ≈ Г? Что такое отрицательная гиббсовская адсорбция?

11. Что такое поверхностная активность? Какие вещества называются поверхностно-активными (ПАВ)?

12. Сформулируйте правило Дюкло-Траубе и поясните его физический смысл. При каком строении поверхностных пленок соблюдается это правило? В чем заключается обратимость этого процесса?

13. По какому признаку дисперсные системы делят на лиофобные и лиофильные? Чем объяснить самопроизвольное возрастание межфазной поверхности при образовании лиофильных дисперсных систем?

14. Классификация поверхностно-активных веществ?

15. Чем отличаются коллоидные ПАВ от истинно растворимых? Что называют критической концентрацией мицеллообразования (ККМ)?

16. Какие существуют методы определения ККМ? Почему при концентрациях, превышающих ККМ, поверхностное натяжение растворов ПАВ практически не изменяется?

17. Какие факторы влияют на ККМ? Как и почему влияет длина углеводородного радикалы на ККМ в разных по полярности растворителях?

18. Каким образом ориентируются молекулы ПАВ в мицеллах, образующихся в полярной и неполярной средах? От чего зависит форма мицелл в растворах коллоидных ПАВ?

19. Какое явление называют солюбилизацией? Чем обусловлено это явление? Каково практическое значение этого явления?

20. Расскажите о практическом применении ПАВ. На чем основано использование ПАВ в качестве стабилизаторов дисперсных систем? В чем заключается механизм моющего действия растворов ПАВ?

21. Каковы особенности растворения полимеров? Какой процесс называется набуханием? В каких случаях происходит ограниченное и неограниченное набухание полимера?

22. Укажите характеристики набухания полимеров в низкомолекулярных жидкостях. Что такое степень набухания и как она определяется?

23. Каково практическое применение растворов полимеров? Рассмотрите факторы, обеспечивающие агрегативную устойчивость дисперсных систем при стабилизации их полимерами.

24. Какие факторы влияют на агрегатное состояние адсорбционных слоев молекул ПАВ.

25. Как рассчитать толщину адсорбционного слоя и “посадочную” площадку молекул ПАВ, зная зависимость поверхностного натяжения от состава раствора?

Задача 1.

Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ) додецил-сульфата натрия при 20, 40 и 60°С составляет соответственно 1,51·10^-3; 1,62·10^-3 и 1,87·10^-3 моль/л. Рассчитайте стандартную теплоту, энергию Гиббса и энтропию мицеллообразования при 20°С. Постройте кривую кинетики набухания каучука в четыреххлористом углероде в координатах α - τ по следующим экспериментальным данным:

Время набухания τ, мин	5	30	90	150	210	240	270	300
Степень набухания α	0.33	1.15	2.33	2.91	3.25	3.41	3.58	3.58

Определите графическим способом константу скорости набухания К.

Задача 2.

С, ммоль/л	σ·103, Дж/м2
0.2	67.3
0.3	65.0
0.5	61.0
0.6	59.4
0.8	56.4
1.0	54.0
1.2	51.8
1.4	49.9
1.6	48.0
1.8	46.7
2.0	45. 1
3.0	40.6
5.0	36.8
6.0	36.5
7.0	36.4
10.0	36.3
15.0	36.3

Постройте изотерму поверхностного натяжения σ = f(lnC) по результатам измерения поверхностного натяжения водных растворов додецилсульфата натрия C₁₂H₂₅OSО₃Na на границе с воздухом при 293 К:

Объясните, какие процессы, происходящие на поверхности системы и в ее объеме, обусловливают появление точек перегиба на изотерме. Рассчитайте площадь, занимаемую одной молекулой ПАВ в монослое и ККМ.

Задача 3.

Определить графически критическую концентрацию мицеллообразования водного раствора некаля, используя экспериментальные данные оптического метода:

Концентрация раствора, с 102, %	0,25	0,5	0,75	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5
Мутность раствора τ 106, м-1	0,029	0,030	0,035	0,08	0,5	0,85	1,25	1,50	1,60

Задача 4.

Определить величину мицеллярного веса некаля в его водном растворе, пользуясь экспериментальными данными светорассеяния (постоянная Дебая Н = 40 10^-12):

Концентрация раствора, с, кг/м3	5,0	10,0	15,0	20,0	25,0
Мутность раствора τ 105, м-1	0,30	0,45	0,60	0,70	0,72

Задача 5.

Вычислить средний радиус мицелл мыла сферической формы, если величина их коэффициента диффузии D в воде при температуре 313 К равнялась0,69 10^-11 м²/сек. Вязкость среды η=8 10^-4 н сек/ м².