Исследование зависимости поверхностного натяжения от длины углеводородной цепи молекулы пав

Цели работы. 1. Построение изотерм поверхностного натяжения растворов ПАВ. 2. Графическое определение поверхностной активности гомологов. 3. Расчет коэффи­циента Траубе.

Краткие теоретические положения. Влияние растворен­ного вещества на поверхностное натяжение раствора характеризуется поверхностной активностью вещества. Количе­ственно поверхностную активность выражают производной

g = (-dσ/dc)_c→о,

которая численно равна понижению поверхностного натя­жения раствора при изменении концентрации поверхно­стно-активного вещества на единицу. Символ с→ 0 озна­чает, что производная σ по с должна быть взята в области бесконечно разбавленных растворов.

Для экспериментального определе­ния поверхностной активности необхо­димо построить изотерму поверхностно­го натяжения и рассчитать поверхност­ную активность как тангенс угла наклона касательной, проведенной через началь­ную точку изотермы поверхностного на­тяжения σ₀ (рис. 13). Тангенс угла а вы­ражают отношением катетов ob/oa в со­ответственных масштабах.

Поверхностная активность органических соединений зависит, главным образом, от размера и строения их угле­водородного радикала. Отношение поверхностных актив­ностей двух ближайших гомологов называют коэффици­ентом Траубе (3):

(1.31)

Для каждой границы раздела фаз величина β приблизи­тельно постоянна в пределах гомологического ряда. Напри­мер, для системы вода-воздух β лежит в пределах 3-3,5, для системы вода-предельный углеводород β = 4-4,2.

Расчет коэффициента β проводят раз­личными способами:

1. по формуле (1.31);

2)как отношение равновесных кон­центраций низшего и высшего соседних членов ряда при одинаковом пониже­нии поверхностного натяжения ∆σ в их растворах (рис. 14):

(1.32)

Расчет величины β по формуле (1.32) рекомендуется проводить для начальных участков изотерм.

Приборы и реактивы. 1. Установка для определения поверхностного натяжения (работа 1). 2. Цилиндр на 50 см³. 3. Колбы или химические стаканы на 50 см³ — 6 шт. 4. Стеклянные палочки. 5. Водные растворы ПАВ (бутанола, изобутанола, пентанола, изопентанола) концент­рации 0,2 моль/дм³. 6. Дистиллированная вода.

Порядок выполнения работы.

1. Из исходных растворов ПАВ готовят по шесть раство­ров разной концентрации путем последовательного разбав­ления вдвое. Для этого в колбы (или стаканы) вносят ци­линдром по 25 см³ дистиллированной воды. Затем в колбу № 1 приливают цилиндром 25 см³ исходного раствора ПАВ и тщательно перемешивают. Из колбы № 1 переносят 25 см³ раствора в колбу № 2. После тщательного перемешивания из колбы № 2 переносят 25 см³ раствора в колбу № 3 и т. д.

2. Измеряют поверхностное натяжение исходных и приго­товленных растворов ПАВ методом наибольшего давления в пузырьке или сталагмометрическим методом (см. работу 1).

3. Экспериментальные данные вносят в таблицу 2 или 3 (см. работу 1).

4. Рассчитывают поверхностные натяжения растворов по формуле (1.24) или (1.30), результаты расчета для каж­дого ПАВ вносят в таблицу 2 или 3 (см. работу 1).

Обработка экспериментальных данных.

1. На основании полученных результатов строят изо­термы поверхностного натяжения растворов исследуемых ПАВ в координатах σ = f(с).

2. Графически определяют поверхностную активность исследуемых ПАВ.

3. Рассчитывают коэффициент Траубе.

Форма отчета. Отчет должен содержать название рабо­ты, ее цель, краткие теоретические положения, порядок выполнения работы, таблицу с исходными данными и результатами измерений и расчетов, графики σ = f(с). для исследованных растворов ПАВ, расчеты поверхностных активностей гомологов и коэффициентов Траубе, выводы о характере зависимости поверхностной активности ПАВ от длины и структуры углеводородной цепи ПАВ.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется поверхностной активностью?

2. Как графически определить поверхностную активность?

3. От каких факторов зависит величина поверхностной актив­ности?

4. Что показывает коэффициент Траубе? Как его рассчитать?

Работа 3.