Определить адсорбцию для водного раствора фторуглеродного ПАВ при температуре 296К на основании следующих экспериментальных данных: концентрация С, кмоль/м3 6,31 10-4 3,06 10-6 поверхностное натяжение, мН/м 25,3 50,6 Дано: Т=296К С1=6,31*10-4 кмоль/м3 С2=3,06*10-6 кмоль/м3 1=25,3 мН/м 2=50,6 мН/м Найти: Г-? (Решение → 31594)

Заказ №38836

Определить адсорбцию для водного раствора фторуглеродного ПАВ при температуре 296К на основании следующих экспериментальных данных: концентрация С, кмоль/м3 6,31 10-4 3,06 10-6 поверхностное натяжение, мН/м 25,3 50,6 Дано: Т=296К С1=6,31*10-4 кмоль/м3 С2=3,06*10-6 кмоль/м3 1=25,3 мН/м 2=50,6 мН/м Найти: Г-?

Решение:

В жидких растворах поверхностное натяжение σ является функцией от концентрации растворенного вещества. На рис. 1 представлены три возможных зависимости поверхностного натяжения от концентрации раствора (т.н. изотермы поверхностного натяжения). Вещества, добавление которых к растворителю уменьшает поверхностное натяжение, называют поверхностно-активными (ПАВ), вещества, добавление которых увеличивает или не изменяет поверхностное натяжение – поверхностно-инактивными(ПИАВ). Рис. 1 Изотермы поверхностного натяжения Рис. 2 Изотерма адсорбции натяжения растворов ПИАВ (1, 2) и ПАВ на границе раствор – пар ПАВ (3) Уменьшение поверхностного натяжения и, следовательно, поверхностной энергии происходит в результате адсорбции ПАВ на поверхности раздела жидкость – пар, т.е. того, что концентрация поверхностно-активного вещества в поверхностном слое раствора оказывается больше, чем в глубине раствора. Количественной мерой адсорбции на границе раствор-пар является поверхностный избыток Г (гамма), равный числу молей растворенного вещества в поверхностном слое. Количественное соотношение между адсорбцией (поверхностным избытком) растворенного вещества и изменением поверхностного натяжения раствора с ростом концентрации раствора определяет изотерма адсорбции Гиббса: (1) где Гм - адсорбция, кмоль м С - концентрация ПАВ; поверхностное натяжение раствора, Н м R - универсальная газовая постоянная (R = 8,31 103Дж /(кмоль* К) Т - абсолютная температура, К. График изотермы адсорбции ПАВ представлен на рис.2. Из уравнения (1) следует, что направление процесса – концентрирование вещества в поверхностном слое или, наоборот, нахождение его в объеме жидкой фазы – определяется знаком производной dσ/dС. Отрицательная величина данной производной соответствует накоплению вещества в поверхностном слое (Г > 0), положительная – меньшей концентрации вещества в поверхностном слое по сравнению с его концентрацией в объеме раствора. Величину g=–dσ/dС называют также поверхностной активностью растворенного вещества. Поверхностную активность ПАВ при некоторой концентрации С1 определяют графически, проводя касательную к изотерме поверхностного натяжения в точке С = С1; при этом поверхностная активность численно равна тангенсу угла наклона касательной к оси концентраций: (2) Нетрудно заметить, что с ростом концентрации поверхностная активность ПАВ уменьшается. Поэтому поверхностную активность вещества обычно определяют при бесконечно малой концентрации раствора; в этом случае её величина, обозначаемая gо, зависит только от природы ПАВ и растворителя. Исследуя поверхностное натяжение водных растворов органических веществ, Траубе и Дюкло установили для гомологических рядов поверхностноактивных веществ следующее эмпирическое правило: В любом гомологическом ряду при малых концентрациях удлинение углеродной цепи на одну группу СН2 увеличивает поверхностную активность в 3 – 3.5 раза. Рис. 3 Предельная ориентация молекул ПАВ в поверхностном слое