Исследование изотерм динамического поверхностного натяжения водных растворов алкилсульфатов натрия
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
ии. 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 (39).
Рис. 7. Газовый прибор Пугачевича, использованный в данной работе:
1 - капиллярная трубка; 2, 6, 9 - резервуары; 4 - манометрический сосуд; 3, 5, 7,8 - переходные трубки
Рис. 8. Схема экспериментальной установки для измерения динамического поверхностного натяжения методом максимального давления в пузырке:
- 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-8.
Величина радиуса капилляра была определена ранее калибровочными опытами с водой и составила 0.04 см.
Указанная методика позволила измерять величину максимального давления с точностью до 0.02 ч 0.05 мм водяного столба, что в пересчете на поверхностное натяжение дает 0.05 ч 0.1 мН/м.
Экспериментальная погрешность в определении величины поверхностного натяжения рассчитывается по формуле:
(40)
Очевидно, что величина погрешности поверхностного натяжения в основном определяется погрешностью измерения h. По воспроизводимости результатов была определена ошибка, которая составила для растворов ПАВ 0.12 мН/м.
3.2 Объекты исследования
В настоящей работе исследовалось динамическое поверхностное натяжение трех веществ: децилсульфата натрия (ДСН), додецилсульфата натрия (ДДСН) и тетрадецилсульфата натрия (ТДСН). Использовались вещества квалификации коллоидно-химически чистые. Исследования динамического поверхностного натяжения проводились для следующих концентраций ДСН: 2.510-3 м/л (при 20 0С), 4.9910-3 м/л (при 20 0С и 25 0С), 1.25110-2 м/л (при 20 0С). Для ДДСН взята концентрация 1.04610-3 (25 0С). Для ТДСН исследовались концентрации 2.5910-5 м/л (при 20 0С) и 8.9810-5 (20 0С).
4. Результаты эксперимента
На рис. 9 -16 представлены зависимости динамического поверхностного натяжения от логарифма времени, измеряемого в секундах. Пунктирная линия соответствует равновесному поверхностному натяжению.
На всех графиках можно выделить три участка. При малых временах наблюдается рост поверхностного натяжения со временем. Далее следует максимум - это область ожидания адсорбции. Время, отвечающее максимальному поверхностному натяжению, колеблется для разных изотерм от 50 секунд до 2 минут. Подобные максимумы на изотермах динамического поверхностного натяжения наблюдались и ранее (см. [16]). И, наконец, третий участок соответствует области интенсивной адсорбции.
Рост поверхностного натяжения на начальном этапе и как следствие появление максимума на изотермах может быть связано с электрическим состоянием поверхности. Ранее в разделе 2.2 нами был рассмотрен эффект заряжения поверхности жидкости. В нашем случае как раз может иметь место такое явление. Вследствие локального нарушения электронейтральности двойного электрического слоя на поверхности образуется свободный заряд q и в уравнении адсорбции для неравновесного поверхностного слоя (19) появляется член qd?, чем и обусловлены низкие значения поверхностного натяжения при малых временах и возникновение максимума на изотермах. Появление члена qd? представляется вероятным в неравновесных условиях образования поверхности при достаточно свежей поверхности (малые времена) и низкой концентрации электролита (когда двойной электрический слой достаточно протяженный и легко деформируемый). В нашем случае также для самой маленькой концентрации ДСН - 2,510-3 М (см. рис. 9) наблюдается наиболее сильный рост поверхностного натяжения на начальном этапе. Для концентрации ДСН 1,25110-2 М (рис. 12) наблюдается уже меньший рост поверхностного натяжения (максимум более пологий). Дело в том, что чем ниже концентрация электролита тем более протяженным является диффузный слой, легче происходит его тангенциальный разрыв и тем больший образуется заряд на поверхности (тем существеннее вклад члена qd? в динамическое поверхностное натяжение). Увеличение поверхностного натяжения ?? при малых временах до величины максимума на наших изотермах составляет несколько десятых мН/м, оценки показывают, что это вполне соответствует величине вклада в поверхностное натяжение, который может давать член qd? (если воспользоваться литературными значениями q = 410-7 Кл/см2 и ?? = 0.1 В).
Для раствора ДСН концентрации 4.9910-3 м/л при 20 0С на изотерме динамического поверхностного натяжения наблюдается излом (обозначен пунктиром) предположительно связанный с наличием двумерного фазового перехода в адсорбционном слое (рис. 16). Были рассчитаны скорости процесса релаксации v? = -d?/dlnt. Для участка 2 (более пологого) v? = 0.0712 мН/м, для третьего участка, соответствующего резкому снижению ?, v? = 0.3011 мН/м. Это говорит о том, что процесс релаксации на участке 3 протекает быстрее, чем на участке 2.
Влияние концентрации на поверхностное натяжение. Для растворов ДСН изотермы соответствующие большим концентрациям лежат в целом ниже изотерм соответствующих меньшим концентрациям. То же наблюдается и для двух растворов ТДСН. Т.е. поверхностное н