WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |

Работа 3. Изучение адсорбции ПАВ на угле Вещества, накапливающиеся на границе раздела фаз и уменьшающие поверхностную энергию, называются поверхностно-активными веществами (ПАВ). Адсорбция ПАВ играет важную роль в технологии производства многих лекарственных средств: мазей, эмульсий, суспензий и т.д.

При поглощении растворенных веществ твердыми адсорбентами количество адсорбированного вещества (адсорбата) можно определить по изменению его концентрации в растворе. Количество вещества, адсорбированного единицей массы адсорбента, называется удельной адсорбцией Гуд. Эта величина и равновесная концентрация адсорбата в растворе с при Т = const связаны между собой уравнением, называемым изотерма адсорбции. Известно, что адсорбция ПАВ на углях хорошо описывается изотермой адсорбции Фрейндлиха:

уд = Ксn = Х/g. (5-12) Здесь Х – количество адсорбированного вещества (моль), g – масса адсорбента; К – константа адсорбции, зависящая от природы ПАВ и адсорбента; n – эмпирическая константа, обычно изменяющаяся от 0,1 до 1,0.

Для нахождения значений К и n уравнение (5-19) логарифмируют, приводя к виду:

lg (X/g) = lgK +nlgc. (5-13) Зная g и определив экспериментально Х при разных с, строят график в координатах lg (X/g) = f (lgc). Если полученная зависимость линейна, то полагают, что процесс адсорбции ПАВ подчиняется изотерме Фрейндлиха.

При этом отрезок, отсекаемый полученной прямой на оси ординат, есть lgK, а тангенс угла наклона прямой даст величину n.

Следует иметь в виду, что значение и размерность удельной адсорбции зависят от способа выражения концентрации с. Для растворов органических соединений ее обычно выражают в единицах молярности – моль/дм3.

Если в качестве ПАВ используется какая-либо слабая кислота, то удобным методом определения ее концентрации в растворе является объемное титрование с цветным индикатором.

Задача работы: рассчитать удельную адсорбцию ПАВ (СН3СООН) на угле, построить изотерму адсорбции, определить константу адсорбции по уравнению Фрейндлиха.

Оборудование, реактивы: весы аналитические; конические колбы вместимостью 100 см с пробками; стеклянные воронки; пипетки градуированные вместимостью 25 и 10 см ; бумажные фильтры; раствор уксусной кислоты с концентрацией 0,5 М; раствор фенолфталеина;

активированный уголь марки БАУ или таблетки карболена.

Выполнение работы 1. Последовательным разбавлением готовят 6 растворов уксусной кислоты объемом по 100 см3 с концентрациями 0,3; 0,2; 0,1; 0,05; 0,025 и 0,0125 моль/дм3.

2. На аналитических весах отвешивают шесть навесок угля по 1,5 г каждая (масса навески может быть изменена от 1 до 4 г). В шесть пронумерованных колб вводят навески угля и по 50 см приготовленных растворов кислоты. Колбы интенсивно взбалтывают и оставляют стоять на 20-30 минут для установления равновесия, периодически взбалтывая содержимое. Необходимо следить, чтобы при перемешивании частицы угля не оставались на стенках колбы.

3. Определяют исходную концентрацию приготовленных растворов.

Для этого в коническую колбу отбирают аликвоту 5,0 см одного из приготовленных рабочих растворов, добавляют 2-3 капли раствора фенолфталеина. Бюретку заполняют 0,2 М раствором NaOH и титруют пробу до перехода окраски раствора из бесцветной в ярко-розовую.

Эксперимент повторяют 2-3 раза до получения сходящихся (т.е.

отличающихся не более чем на 0,1 см ) результатов. Исходную концентрацию раствора вычисляют по уравнению:

сисх = сNaOHVNaOH/Vпробы, где VNaOH – среднее значение объема щелочи, затраченной на титрование данной пробы; Vпробы – объем аликвоты кислоты (в данном случае 5,0 см ).

Аналогичным образом определяют исходную концентрацию других приготовленных растворов.

4. Подготавливают 6 чистых и сухих конических колб и 6 воронок с бумажными фильтрами, смоченными водой. Растворы кислоты с углем отфильтровывают, отбросив первые порции (3-5 см ) фильтрата, поскольку содержание кислоты в них может быть меньше из-за адсорбции кислоты фильтровальной бумагой. Концентрацию c кислоты, оставшейся в равновесном растворе после адсорбции, определяют так же, как описано выше (п.3). Но для первых трех растворов объем аликвоты берут равным 10,3 см, а для остальных – по 20,0 см.

Количество адсорбированной кислоты в расчете на единицу массы угля (т.е. Х/g) рассчитывают :

cисх X ( - с ) = 50, g gугля где gугля – масса навески угля; 50 – объем раствора кислоты, взятой для опыта.

5. По полученным результатам строят логарифмическую изотерму адсорбции lg (X/g) = f (lgc). Определяют область линейности данной зависимости, т.е. область применимости уравнения Фрейндлиха.

Рассчитывают величины К и n.

Оформляют работу.

Работа 4. Определение электрокинетического потенциала методом электрофореза Электрофорезом называется направленное перемещение частиц дисперсной фазы коллоидного раствора под влиянием внешнего электрического поля. Важной количественной характеристикой этого явления, относящегося к группе т.н. электрокинетических, служит электрокинетический потенциал. Он представляет часть межфазного скачка потенциала, локализованного между объемом дисперсной среды и плоскостью скольжения, которая в первом приближении может быть отождествлена с границей между плотной и диффузной областью двойного электрического слоя мицеллы. Знак - потенциала определяется знаком заряда мицеллярной границы, а величина рассчитывается по уравнению Гельмгольца-Смолуховского:

V =, (5-14) (dU dx) где - динамическая вязкость среды (Н*с/м2), V0 - макроскопически наблюдаемая скорость смещения дисперсной фазы относительно дисперсионной (м/с); dU/dx - напряженность внешнего электрического поля (В/м); и 0 - диэлектрические проницаемости среды и вакуума. Для водных растворов при 298 К = 81, 0 = 8.85 *10-12 Ф/м ), а = 10-3 Н с/м.



Задача работы: приготовление коллоидного раствора, наблюдение явления электрофореза, определение электрокинетического потенциала и знака заряда мицеллярной гранулы.

Оборудование, реактивы: установка для проведения электрофореза, источник напряжения, два агар-агаровых мостика, заполненных 1 % раствором КС 1, мерная стеклянная посуда, секундомер. Растворы: CuSO(1M); КС 1 (0.01 и 0.1 М); FeCl3 (2% масс.); K4[Fe(CN)6] (0.1 % масс.).

Выполнение работы 1. Приготавливают золь гексациано-(II) феррата железа (III), используя реакцию:

FeCl3 + K4[Fe(CN)6] = KFe[Fe(CN)6] + 3 КС 1. (5-15) При этом можно применить один из двух возможных способов проведения данной реакции:

- к 80 см 2 % раствора FeCl3 добавляют при интенсивном перемешивании 7 см 0.1 % раствора K4[Fe(CN)6], что приводит к образованию золя зеленого цвета;

- к 80 см 0.1 % раствора K4[Fe(CN)6] добавляют при интенсивном перемешивании 2 см 2 % раствора FeCl3, что приводит к образованию золя темно-синего цвета.

2. Собирают установку для проведения электрофореза (см. рис. 5-3). Она состоит из U-образной трубки (1) с двумя градуированными наружными коленами и трубки (2), снабженной краном (3). Стаканчики (4) заполняют 1М раствором CuSO4 и соединяют с боковыми коленами U-образной трубки с помощью агар-агаровых мостиков (5). Вводят в стаканчики медные электроды (6), выводы от которых подсоединяют к источнику питания c выходным напряжением не ниже 100 В (УИП– 2 или иной, обладающей подходящими характеристиками).

Рис. 5-Установка для электрофореза 3. В среднее колено (2) при закрытом кране (3) осторожно заливают свежеприготовленный коллоидный раствор до тех пор, пока не будет заполнена емкость над трубкой. Приоткрывают кран (3) и дожидаются вытеснения золем пузырьков воздуха из трубки. Закрывают кран и осторожно сливают золь, находящийся выше крана.

4. Через одно из боковых колен U-образной трубки заполняют ее, примерно до уровня аа' вспомогательным раствором : 0.1 М КС 1 (если приготовлен зеленый золь) или 0.01 М КС 1 (если используют тот же темносиний золь).

5. Медленно, придерживая рукой трубку (2), приоткрывают кран (3).

При этом золь будет постепенно вытеснять вспомогательный раствор в боковые колена, образуя резкие границы раздела. Когда граница достигнет примерно середины градуированных колен U-образной трубки, кран закрывают. При получении размытых границ процедуру заполнения следует повторить, удалив растворы из U-образной трубки.

6. Измеряют исходные расстояния L1 и L2 от верхних краев боковых колен до границ раздела (см. рис. 5-3). Определяют величину l = L - (L1 + L2), где L - общая длина U-образной трубки. В используемой установке L = 0.26 м.

7. Устанавливают на источнике питания напряжение U = 100 - 150 В и задают силу тока в цепи порядка 30 мА. Соблюдать осторожность! 8. Через выключатель, расположенный на панели установки, подают напряжение на электроды (6) и включают секундомер. Определяют время t в секундах, за которое граница раздела смещается на n делений шкалы.

Обычно n = 5 - 10. Выключают источник питания, выливают растворы, промывают установку дистиллированной водой.

9. Рассчитывают градиент потенциала dU/dx = U/l. По формуле V0 = n/t находят скорость смещения границы в ходе электрофореза. Здесь - коэффициент перехода шкалы от числа делений к единицам длины. В используемой установке = 1.4*10-3 м.

10. Рассчитывают по (5-14) электрокинетический потенциал. По направлению смещения границы определяют знак эффективного заряда гранулы. Оформляют работу, формулируют выводы.

Работа 5. Определение подвижности коллоидных частиц Задача работы: приготовление коллоидных растворов, наблюдение явления электрофореза, вычисление и знака заряда мицеллярной гранулы.

Оборудование, реактивы: установка для проведения электрофореза, источник напряжения, два агар-агаровых мостика, заполненных 1 % раствором КС 1, мерная стеклянная посуда, секундомер. Растворы:

CuSO4 (1M); КС 1 (0.01 и 0.1 М); FeCl3 (2% масс.); FeCl3 (0,3 М); K4[Fe(CN)6] (0.1 % масс.).

Выполнение работы 1. Приготавливают золи гексациано-(II) феррата железа (III), как это описано п.1 предыдущей работы.

2. Приготавливают золь гидроксида железа (III) (см. тема 5, работа 1).

3. Собирают установку для проведения электрофореза (рис. 5-3) и заполняют ее растворами, как показано в пунктах 2 - 5 предыдущей работы.

Для золя гидроксида железа (III) в качестве вспомогательного раствора используют 0.1 М КС 1.

4. Устанавливают на источнике питания напряжение U = 100 - 150 В и задают силу тока в цепи порядка 30 мА. Соблюдать осторожность! 5. Через выключатель, расположенный на панели установки, подают напряжение на электроды (6) и включают секундомер. Определяют время t, за которое граница раздела смещается на n делений шкалы. Обычно n = 5 – 10, что соответствует 0,5 – 1 см. Выключают источник питания, выливают растворы, промывают установку дистиллированной водой.

6. Измеряют расстояние l между растворами сульфата меди, которые находятся в стаканчиках (4). Для этого измеряют длину U-образной трубки и прибавляют к ней длину той части агар-агаровых мостиков, которая не контактирует с растворами.





7. Рассчитывают подвижность коллоидных частиц по формуле: U0 = (n·l)/(t·U). Здесь U – напряжение на источнике питания (В), t – измеряемое время (мин.), l – расстояние между растворами сульфата меди (см.), n – путь, пройденный частицами золя (см.).

8. Повторяют опыты для каждого золя, рассчитывают их подвижности и определяют знак заряда коллоидных частиц. Оформляют работу, формулируют выводы.

Работа 6. Определение скорости перемещения коллоидных частиц при электрофорезе Задача работы: приготовление коллоидных растворов, изучение влияния концентрации электролита на скорость перемещения границы золя в условиях электрофореза.

Оборудование, реактивы: установка для проведения электрофореза, источник напряжения, два агар-агаровых мостика, заполненных 1 % раствором КС 1, мерная стеклянная посуда, секундомер. Растворы: CuSO(1M); КС 1 (0.1 М); FeCl3 (0,3 М); NaCl (0,1М).

Выполнение работы 1. Приготавливают 240 см3 золя гидроксида железа (III), согласно п.предыдущей работы.

2. Делят весь полученный золь на 3 равные части. После чего добавляют в колбы 10, 5 и 1 см раствора NaCl концентрацией 0,1 М соответственно.

3. Собирают установку для проведения электрофореза (рис. 5-3) и заполняют ее растворами, как показано ранее в пунктах 2-5 работы 1. Для золя гидроксида железа (III) в качестве вспомогательного раствора используют 0.1 М КС 1.

4. Устанавливают на источнике питания напряжение U = 100 - 150 В и задают силу тока в цепи порядка 30 мА. Соблюдать осторожность! 5. Через выключатель, расположенный на панели установки, подают напряжение на электроды (6) и включают секундомер. Определяют время t, за которое граница раздела смещается на n делений шкалы. Обычно n = 5 - 10.

6. Согласно пунктам 6 и 9 работы 1 находят l и рассчитывают электрокинетический потенциал.

7. Рассчитав для всех растворов золя, строят график зависимости электрокинетического потенциала от концентрации добавленного электролита.

8. Оформляют работу, формулируют выводы.

Работа 7. Определение критической концентрации мицеллообразования кондуктометрическим методом Многие поверхностно-активные вещества (ПАВ) при малых концентрациях (10-3 10-6 моль/дм3) в воде образуют истинные растворы, а при увеличении концентрации самопроизвольно переходят в коллоидное состояние в результате агрегации молекул ПАВ в мицеллы. При этом агрегация происходит таким образом, что углеводородные радикалы образуют ядро мицеллы (за счет сил Ван-дер-Ваальса), а полярные группы обращаются в водную среду. Согласно общепринятым представлениям, вначале образуются сферические мицеллы, которые затем переходят в пластинчатые (мицеллы Хартли и Мак-Бэна соответственно).

Процесс образования мицелл становится заметным выше некоторой концентрации ПАВ. Концентрация ПАВ, при которой возникающие в растворе мицеллы находятся в равновесии с молекулами (ионами), называется критической концентрацией мицеллообразования (ККМ). При этом резко изменяются свойства раствора (поверхностное натяжение, электропроводность, оптические свойства и т.д.). Величина ККМ является важной характеристикой мицеллярных растворов ПАВ.

Для ионогенных растворов ПАВ аналитическое определение ККМ основано на измерении электропроводности растворов, резко меняющейся при образовании мицелл. Это объясняется малой подвижностью образующихся мицелл в электрическом поле, а также возможным связыванием части противоионов, участвующих в переносе тока. В связи с этим на зависимости 1/R = f (c) появляется излом, соответствующий ККМ (рис. 5-4).

1/R Рис. 5-с ККМ На величину ККМ влияют различные факторы: длина углеводородной цепи молекулы ПАВ, присутствие электролитов и полярных органических молекул, температура.

Для соседних гомологов отношение ККМ подчиняется правилу ДюклоТраубе: (ККМ)n/(ККМ)(n+1) 3.2.

Задача работы: измерить сопротивление серии (8-10) растворов нескольких ПАВ; по зависимости 1/R = f (c) определить ККМ, проверить правило Дюкло-Траубе.

Оборудование, реактивы: кондуктометрическая ячейка, установка для определения электропроводности, градуированные пипетки на 5,0 и 25,3 см, 8-10 колб вместимостью 100 см, растворы исследуемых ПАВ (натриевые соли лауриновой, миристиновой, пальмитиновой и маргариновой кислот с концентрацией 5*10-1 моль/дм3), мерная колба на 100,0 см.

Выполнение работы 1. Из исходных растворов ПАВ последовательным разбавлением готовят 8-10 растворов в интервале концентраций 0,5 0,001 моль/дм3, объемом по 100 см каждый.

2. Подготавливают к работе установку для измерения электропроводности (см. тема 4, работа 1).

3. Кондуктометрическую ячейку ополаскивают несколько раз дистиллированной водой, затем небольшой порцией раствора одного из исследуемых ПАВ с минимальной концентрацией. Заполняют ячейку таким образом, чтобы уровень жидкости был на 2-3 см выше электродов (при всех измерениях объем раствора в ячейке должен быть примерно одинаков).

Подключают ячейку к прибору и измеряют сопротивление данного раствора.

Раствор выливают, ячейку ополаскивают, а затем заполняют следующим исследуемым раствором. Измеряют сопротивление растворов всех концентраций не менее 2-3 раз, определяют среднее значение R. Измерения повторяют с раствором следующего ПАВ.

R 4. По полученным результатам строят график зависимости 1/ = f (c) (рис.5-4). Экстраполируя линейные участки кривой до пересечения (см.

рис. 5-4), находят ККМ для каждого ПАВ. Проверяют правило ДюклоТраубе, делают вывод о влиянии длины углеводородной цепочки молекулы на величину ККМ. Оформляют работу.

Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.