Исследование динамического поверхностного натяжения водных растворов поверхностно-активных веществ
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
руемого манометра 19, а также более точных редуктора 15 и манометра 20, регулирующих подачу газа на вход газовой магистрали 16, гелий поступает в прибор, откуда после отрыва пузырька, через отверстие 17 выходит в атмосферу. Для отсчета высоты торца капилляра и уровня жидкости в манометрической трубке в момент отрыва пузырька использовался катетометр (КМ - 6) 22, позволяющий отсчитывать расстояние с точностью до 0,02 мм. Для получения четкого изображения, прибор Пугачевича подсвечивался через прозрачную переднюю панель с помощью лампы 21.
В процессе освоения установки была выработана следующая методика измерения поверхностного натяжения жидкостей. Прибор ГАЗП-1КТ, заполненный исследуемым раствором при помощи специальной подвески помещался в изолированную камеру. Затем осуществлялось термостатирование всей установки (по методике необходимо 2 часа).
Рис. 2. Газовый прибор Пугачевича, использованный в данной работе:
- капиллярная трубка; 2, 6, 9 - резервуары; 4 - манометрический сосуд; 3, 5, 7,8 - переходные трубки.
Рис. 3. Схема экспериментальной установки для измерения динамического поверхностного натяжения методом максимального давления в пузырьке:
- капитальная стена; 2 - металлические уголки; 3 - буфер; 4 - массивная плита; 5 - металлический стержень; 6 - рамка; 7 - прибор Пугачевича; 8 - термостатированный объем; 9 - водяной термостат; 10 - воздушный термостат; 11 - термометры; 12 - жидкостная магистраль; 13 - газовый баллон, 14-15 - редукторы; 16 - вход газовой магистрали; 17 - выход газа; 18-20 - манометры; 21 - подсветка; 22 - катетометр КМ-6.
Поверхностное натяжение исследуемой жидкости определялось при атмосферном давлении. Максимальное давление, выраженное высотой столба исследуемой жидкости в газовом приборе, измерялось катетометром. Далее устанавливалось новое значение давления, затем следующие и, таким образом, операции повторялись.
Поверхностное натяжение рассчитывалось по формуле Кантора (20).
Указанная методика позволила измерять величину максимального давления с точностью до (0.02 0.05) мм водяного столба, что в пересчете на поверхностное натяжение дает (0.05 0.1) мН/м.
Экспериментальная погрешность в определении величины поверхностного натяжения рассчитывалась по формуле:
(21)
Очевидно, что величина погрешности поверхностного натяжения в основном определяется погрешностью измерения h.
Экспериментальная часть
Динамическое поверхностное натяжение было измерено мною для трёх систем: водный раствор додецилсульфата натрия, затем для хлорида додециламидоэтилдиметилбензиламмония(ДАЭДМБАХ) и позже для тройной системы (вода - ДАЭДМБАХ - полидиаллилдиметиламмония хлорид(ПДАДМАХ)). Очевидно, что ДАЭДМБАХ является катионактивным, тогда как додецилсульфат натрия является анионактивным ПАВ, тогда как ПДАДМАХ является полиэлектролитом (поликатионом). Следует отметить, что в соответствующих опытах использовались приборы с разными значениями радиуса капилляра, которые указаны в соответствующих таблицах и заголовках рисунков.
Для додецилсульфата натрия величина радиуса капилляра была определена ранее калибровочными опытами с водой и составила 0.04 см, при этом эксперимент проводился только при 25C. В то же время для растворов, содержащих ДАЭДМБАХ использовался прибор, не позволявший измерять поверхностное натяжение чистой воды и потому калибровочные опыты проводились с изопропиловым спиртом, а величина капилляра составила 0.02 см, тогда как эксперимент проводился при двух температурах: 25C и 30C.
Для тройной системы и раствора додецилсульфата натрия производились измерения плотности, в то время как для получения значений плотности растворов ДАЭДМБАХ были использованы табличные данные. Результаты основного объёма экспериментальной работы, заключавшегося в синхронном измерении расстояния от торца капилляра до уровня жидкости в манометрической трубке в момент отрыва пузырька и времени жизни пузырька, в свою очередь также сведены в таблицы. Известно, что ККМ додецилсульфата натрия при температуре эксперимента составляет 8*10-3М, что выше концентрации исследуемого раствора, откуда следует что раствор домицеллярный. В то же время растворы, содержащие ДАЭДМБАХ - мицеллярные (для 25C ККМ=4,2*10-4М; для 30C ККМ=2,8*10-4М) По данным таблиц были построены графики. Таблицы вынесены в приложение. Следует отметить, что для построения графиков использовались усреднённые и отфильтрованные данные, тогда как в таблицах те же данные приведены при отсутствии подобной обработки.
Обсуждение результатов
На изотерме поверхностного натяжения водного раствора додецилсульфата натрия (рис. 4), как мы можем увидеть, поверхностное натяжение медленно возрастает и имеет максимум. Предполагая, что вследствие локального нарушения электронейтральности двойного электрического слоя на поверхности образуется свободный заряд q и мы должны учитывать в уравнении (11) член qd?, где ? - поверхностный потенциал. Появлением данного члена объясняется возникновение максимума на изотерме динамического поверхностного натяжения.
Рис. 4. Изотерма поверхностного натяжения водного раствора додецилсульфата натрия; t=25C; rкапилляра=0,409мм; ? = 0,99639 г/мл
На изотерме поверхностного натяжения водного раствора ДАЭДМБАХ для 25C (рис. 5) динамическое поверхностное натяжение имеет небольшое плато при малых временах. Имеется небольшой максимум. Сразу же посл?/p>